Ultraschall-Sensorik Am Puls der Automation: Ultraschallsensoren auf dem Weg zum Sensor für alle Einsatzfälle

Ultraschallsensoren erkennen millimetergenau jedes Objekt. Sie lassen sich von Schmutz nicht so leicht aus dem Takt bringen und kommen mit jeder Farbe und Oberflächenbeschaffenheit zurecht. Kein Wunder, dass diese Technologie auf dem Vormarsch ist und immer neue Anwendungsgebiete für sich erobert.

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Metrofunk Kabel-Union GmbH

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

TURCK GmbH

Pepperl+Fuchs SE

Das Wirkprinzip eines Ultraschallsensors ist schnell erklärt: Ein keramisches Piezoelement wird im Bereich seiner Resonanzfrequenz erregt und sendet einen akustischen Impuls aus. Danach wechselt der Wandler blitzschnell in den Empfangsmodus und nimmt das Echo des ausgesendeten Signals auf. Aus der Laufzeit des Signals lässt sich der Abstand des Objekts ermitteln, an dem die Schallwellen reflektiert wurden.

Die sequenzielle Funktionsweise eines Ultraschallsensors bringt jedoch einen kleinen Nachteil mit sich. Während des Sendebetriebs ist der Sensor gewissermaßen taub. Er kann also in dieser Zeit kein Echo seines Signals wahrnehmen und es entsteht eine Blindzone, innerhalb der kein Objekt erkannt werden kann.

Neue Anwendungen mit moderner Ultraschall-Sensorik

Die Entwicklung ist jedoch nicht stehen geblieben. Moderne Ultraschallsensoren zeichnen sich durch gezielt abgestimmte Wandler und Verstärkertechnologien aus und haben bei optimaler Anpassung nur noch eine minimale Blindzone. Als einer der Pioniere sieht daher Pepperl+Fuchs die Ultraschall-Sensorik als „The Pulse of Automation“ und tritt mit einer ganzen Reihe unterschiedlicher Modelle an, die völlig neue Anwendungsbereiche eröffnen. So haben zum Beispiel die Miniatur-Sensoren des Herstellers eine Blindzone von nur noch 10 mm und finden selbst da Platz, wo eigentlich keiner ist.

Parametrierung der intuitiven Art

Die Parametrierung eines Ultraschallsensors betrifft bei schaltenden Sensoren im Wesentlichen zwei Einstellungen: Schaltabstand und Schallkeule. Die Form der Schallkeule bestimmt vor allem, in welchem Bereich das Objekt erfassbar ist. Durch die Einstellung des Schaltabstandes kann das Zeitfenster eingegrenzt werden, in dem der vom Objekt reflektierte Ultraschallimpuls wahrgenommen wird. Dadurch lassen sich störende Objekte im Vorder- oder Hintergrund wirksam ausblenden.

Das Mannheimer Unternehmen hat sich eine ganz besondere Lösung ausgedacht, um die Sensor-Parametrierung zu vor Ort vereinfachen. Dafür muss nur ein Infrarot-Transceiver auf den Sensor-Stecker aufgeschnappt werden und der Sensor lässt sich mit einem Notebook verbinden. Die dabei eingesetzte Parametrier-Software erlaubt eine genaue Visualisierung der Einbausituation. Unterschiedliche Echos werden mit Entfernung und Empfangsamplitude angezeigt und erlauben eine optimale Ausrichtung des Sensors. Störende Echos lassen sich gezielt ausblenden. Schallkeule, Schaltpunkte und weitere Parameter werden exakt auf das Objekt abgestimmt. Alles in Echtzeit und ohne Eingriffe in die bestehende Verkabelung.

Direkter Draht zur Anlagensteuerung

Dem Trend in der Fabrikautomation zu mehr Transparenz und erhöhter Anlagenverfügbarkeit kommen die Ultraschallsensoren mit IO-Link entgegen. Sie lassen sich nicht nur aus der Ferne parametrieren, sondern auch direkt in die Maschinen- oder Anlagensteuerung einbinden.

Auf diese Weise liegen zum Beispiel binäre Positionsangaben oder analoge Abstandsinformationen in Echtzeit vor und können direkt in die Prozesssteuerung einbezogen werden. Bei Chargenwechsel kann ganz einfach aus der Ferne zwischen unterschiedlichen Parametersätzen umgeschaltet werden und bei Austausch eines Sensors ist es ein Leichtes, dem neuen Sensor die korrekten Parameter mitzuteilen.

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