Balluffs intelligentes Positionsmesssystem für die Anwendung des Ultraschall-Schweißens

Sensorintegration auf kleinstem Bauraum: Wenn es darum geht, Verbundstoffe mit geringstem Aufwand miteinander zu verbinden, ist Ultraschall-Schweißen meist das Mittel der Wahl. - Bild: Balluff

| von Dr. Detlef Zienert, Balluff

Mit einer maschinellen Sensorik lassen sich smarte Wartungs- oder Reparaturkonzepte leichter umsetzen, Stillstandszeiten minimieren, Produktionsausschuss vermeiden und die Anlagenverfügbarkeit erhöhen. In Kombination mit intelligenten Steuerungen sind sogar selbstregulierende Systeme realisierbar, die sich hoch dynamisch an die jeweiligen Produktionserfordernisse anpassen (Cyber Physical Systems, CPS). Vor allem in der Automatisierungstechnik werden Sensoren für die Automatisierung der Aktoren in den Maschinen immer wichtiger.

Wegmesssystem für Zylinder

smarter Sensor, Bild: Balluff
Der smarte Sensor kann mehr, als Messwerte für die kontinuierliche Zylinderhuberfassung über eine analoge Strom- oder Spannungsschnittstelle auszugeben. Neben dem Messsignal stellt er über einen IO-Link zusätzlich Informationen zum Sensorstatus oder zu den aktuellen Umgebungsbedingungen zur Verfügung. Bild: Balluff

Mit dem neuen Wegmesssystem BMP hat Balluff jetzt einen weiteren intelligenten Sensor entwickelt, der das Smart-Factory-Konzept als industrielle Lösung unterstützt. Der magnetische und damit berührungslos arbeitende Sensor ermittelt kontinuierlich die absolute Position eines Kolbens und ist mit nahezu allen Zylindertypen kompatibel. Typische Anwendungsbereiche finden sich überall dort, wo die exakte Ausführung eines definierten Kolbenhubs maßgeblich über die Prozess- und Produktqualität entscheidet, beispielsweise im Montage- und Handlingbereich oder in der Fabrikautomation. Die kontinuierliche Huberfassung kann hier zu einer Erhöhung der Maschinenleistung führen – mit umfassenden Services und dem kundenorientierten Support von Balluff.

Neben dem Messsignal stellt er über IO-Link zusätzlich Informationen zum Sensorstatus oder zu den aktuellen Umgebungsbedingungen zur Verfügung. Er überwacht die Temperatur, die Anzahl der Startvorgänge und gibt Warnungen aus, wenn ein einstellbarer Grenzwert überschritten ist. Ein interner Betriebsstundenzähler erfasst permanent Betriebsstunden über die gesamte Lebensdauer, seit der letzten Wartung und dem letzten Einschalten. So lässt sich ein eventuell notwendiger Austausch im nächsten Serviceintervall rechtzeitig einplanen. Dabei kann aber auch schon seine eigentliche Aufgabe, also das kontinuierliche Erfassen von Kolbenpositionen, wichtige Informationen zur vorbeugenden Wartung geben. Verändert sich beispielsweise die Geschwindigkeit der Positionserfassung, kann das auf ein fehlendes Werkstück deuten oder auf Abnutzungserscheinungen bei einem Zylinderkolben. Auch in solchen Fällen lassen sich dann Servicemaßnahmen einplanen, bevor es zu einem Maschinenstillstand oder -schaden kommt.

Integration der IO-Link-Schnittstelle

Die integrierte IO-Link-Schnittstelle ermöglicht schnelle Formatwechsel und die Anpassung an verschiedene Hublängen.
Die magnetische Positionsmessung von beweglichen Objekten funktioniert auch durch (Nichteisenmetall-) Gehäusewände hindurch. - Bild: Balluff

Die integrierte IO-Link-Schnittstelle erhöht zudem die Flexibilität. Sie ermöglicht Formatwechsel, wodurch zeitsparende Parametrierfunktionen für die schnelle Anpassung an unterschiedliche Hublängen sorgen. Die Zylinder in Verpackungsmaschinen, Greifern oder Schneidvorrichtungen beispielsweise lassen sich so an unterschiedliche Formate der Werkstücke anpassen.

Der magnetische Positionssensor wird in acht verschiedenen Längen angeboten und deckt in 32-Millimeter-Schritten Messbereiche von 32 bis 256 Millimeter ab, wobei sich der Messbereich per Teach-in direkt am Sensor oder per IO-Link-Schnittstelle individuell konfigurieren lässt.

Die Sensoren arbeiten mit einer Linearitätsabweichung von maximal +/- 250 µm und einer Wiederholgenauigkeit von +/- 100 µm. Hinzu kommen ein niedriger Temperaturdrift und eine elektromagnetische Verträglichkeit. Die zulässigen Umgebungsbedingungen liegen zwischen -25 und +85 Grad Celsius. Die Anforderungen der Schutzart IP67 sind erfüllt.

Optimierung der Fügeprozesse

Typische Anwendungsbeispiele für die Magnetfeld-Positionsmesssysteme finden sich bei Fügeprozessen. Wenn es darum geht, Verbundstoffe mit geringem Aufwand miteinander zu verbinden, ist Ultraschall-Schweißen meist das Mittel der Wahl, zum Beispiel bei der Produktion komplexer Bauteile wie Armaturenbrettern, Instrumententafeln oder Stoßfängern und Scheinwerfern in der Automobilindustrie. Um die Sonotrode für den Fügevorgang exakt zu platzieren, biete sich der Positionssensor BMP an. Direkt am Pneumatikzylinder der Vorschubeinheit montiert, überwacht er dessen axiale Bewegung und prüft so kontinuierlich den Kolbenhub. Auf diese Weise wird die Sonotrode bei jeder Bewegung mit einer Genauigkeit von 100 µm exakt zugeführt. Durch die absolute Messung ist jederzeit bekannt, wo der Kolben steht. Ähnliches gilt für viele andere Anwendungsbereiche, denn überall können die Magnetfeld-Positionsmesssysteme bei Montage- und Handling-Aufgaben die Prozessqualität erhöhen, zum Beispiel bei Greifern von Linear- oder Portalrobotern. Auch bei der Überwachung von Spannzylindern an Werkzeugwechslern in der Metallbearbeitung, bei Kraft-Hub-Überwachungen, beim Schrauben, Nieten, Pressen sowie Klemmen oder bei der Objekterkennung finden die Sensoren ihre Anwendung.

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