Welche sind die wichtigsten Anwendungen von fotoelektrischen Sensoren in der Automatisierung?

Automatisierung von Förderanlagen mit Echtzeit-Objekterkennung

Echtzeit-Erkennung des Objektvorhandenseins zur synchronisierten Motorstart-/Stoppsteuerung

Fotoelektrische Sensoren erkennen Gegenstände auf Förderbändern berührungslos, indem sie Infrarotlichtstrahlen nutzen, um Objekte zu erfassen, während diese den Messbereich passieren. Diese Sensoren aktivieren sich, sobald ein Objekt ihren vorgesehenen Bereich betritt oder verlässt, und senden Signale zum Starten oder Stoppen von Motoren, sodass alle Produkte reibungslos durch das System transportiert werden. Das Ergebnis? Weniger Blockaden, da sich nichts verfängt, längere Lebensdauer der Bauteile aufgrund geringerer Belastung und eine Energiekosteneinsparung von etwa 40 Prozent im Vergleich zum Dauerbetrieb von Maschinen über den gesamten Arbeitstag. Besonders hervorzuheben ist die Zuverlässigkeit dieser Sensoren, selbst wenn sie in Umgebungen mit Vibrationen durch schwere Maschinen installiert sind, die die meisten anderen Geräte beeinträchtigen würden.

Integration mit SPS für präzise Taktabstimmung und Durchsatzoptimierung

Wenn fotoelektrische Sensoren mit SPS-Systemen (diesen speicherprogrammierbaren Steuerungen) verbunden werden, entsteht im Grunde eine reaktive Regelung, die in Echtzeit arbeitet. Die Funktionsweise ist eigentlich recht einfach – die Sensordaten gelangen direkt in das logische Zentrum der SPS, welches dann extrem schnelle Anpassungen der Geschwindigkeit von Förderbändern zwischen verschiedenen Verarbeitungsbereichen vornimmt. Dadurch werden jene lästigen zeitlichen Lücken geschlossen, die früher während der Produktion auftraten, und laut Feldtests haben wir in einigen Anlagen einen Produktionsanstieg von etwa 25 % gesehen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die SPS-Programmierung individuelle Reaktionseinstellungen ermöglicht, je nach Art der Produkte, die durch die Fertigungsstraße bewegt werden. Außerdem verfügen diese intelligenten Steuerungen über Diagnosefunktionen, die das Wartungspersonal benachrichtigen, wenn Sensoren langsam aus der Ausrichtung geraten – und das, noch bevor jemand einen Rückgang der Leistungsqualität bemerkt.

Fallstudie: Drehzahlregelung einer automobilen Montagelinie mittels Durchstrahl-Sensoren

Ein großes Automobilfertigungswerk installierte diese strahlunterbrechenden Sensoren entlang ihrer Fahrzeugrahmen-Montagelinie, um die Teile zu verfolgen, die über diese breiten 3-Meter-Förderbänder transportiert wurden. Das System arbeitete sehr intelligent – es passte die Förderbandgeschwindigkeit je nach Situation an jeder Station an. Wenn die Schweißroboter früher fertig waren, erhöhte sich das Tempo der Bänder. Doch sobald weiter unten in der Linie ein Werkzeugwechsel stattfand, verlangsamte sich alles, um Staus zu vermeiden. Die Auswertung der Zahlen nach sechs Monaten zeigte deutliche Verbesserungen: Die Produktionszyklen wurden um 18 % schneller, monatlich wurden rund 22.000 US-Dollar bei den Stromkosten eingespart, und die Geräteausfälle gingen im Vergleich zur Zeit vor der Implementierung dieses Sensornetzwerks um fast ein Drittel zurück.

Optimierung der Materialhandhabung und Verpackungslinien

Fotoelektrische Sensoren übernehmen heutzutage viele wichtige Aufgaben in der Materialhandhabung – sie zählen Gegenstände, erkennen Lücken zwischen Produkten und verfolgen, wie voll Behälter sind, wodurch Fehler auf Verpackungslinien um rund 30 % reduziert werden. Die von ihnen gebotene Genauigkeit verringert Materialverschwendung, beschleunigt den Durchlauf in der Produktionslinie und hilft Unternehmen dabei, schlanken Fertigungsprinzipien treu zu bleiben – ein entscheidender Vorteil in Branchen mit strengen Vorschriften wie der Lebensmittelverarbeitung, der Arzneimittelherstellung und der Montage von Konsumgütern. Bei der Lückenerkennung stoppen diese Sensoren Förderbänder nahezu augenblicklich, falls sich etwas verklemmt, was kostspielige Unfälle und unerwartete Ausfallzeiten vermeidet und somit Geld spart. Die Überwachung des Füllstands stellt sicher, dass jeder Behälter exakt richtig befüllt wird, sodass Unternehmen nicht jedes Jahr bis zu 25 % ihrer Rohstoffe verschwenden. Und nicht zuletzt bietet die Echtzeit-Zählfunktion den Vorteil, Daten direkt an die Bestandsverwaltungssysteme zu übermitteln, wodurch Hersteller eine bessere Kontrolle darüber erhalten, was und wann sie produzieren müssen.

Zählen, Lückenerkennung und Füllstandüberwachung in Verpackungslinien

Diese Anwendungen nutzen optoelektronische Sensoren für hochgeschwindigkeitsfähige und präzise Steuerung:

• Zählen prüft Artikelanzahlen auf schnell laufenden Förderbändern – entscheidend für die Einhaltung von Vorschriften in der pharmazeutischen und Lebensmittelverpackung, da falsche Zählungen regulatorische Sanktionen nach sich ziehen können.
• Spaltenerkennung erkennt fehlende Artikel oder unregelmäßigen Abstand zwischen Produkten und löst automatische Stoppmaßnahmen aus, um Stapelbildung und Fehlzuführungen zu vermeiden.
• Füllstandüberwachung überprüft Flüssigkeits- oder Feststofffüllstände in Behältern, um das Befüllvolumen zu optimieren und Verschütten oder Unterfüllung zu minimieren.

Hauptvorteile umfassen:

• 15–20 % weniger Nacharbeit durch sofortige Fehlerkorrektur
• Geringere Betriebskosten durch reduzierte manuelle Inspektionen
• Verbesserte Nachhaltigkeit durch Verringerung von Materialabfall

Diffuse- vs. retroreflektierende Sensoren: Leistung in staubigen Verpackungsumgebungen

Die Wahl der Sensoren spielt eine große Rolle, wenn in staubigen Umgebungen wie Mühlen, Zementwerken oder überall dort, wo Getreide verarbeitet wird, gearbeitet wird. Herkömmliche diffuse Sensoren senden Licht in Richtung des zu erfassenden Objekts, haben jedoch Probleme, wenn viel Staub in der Luft schwebt, da die Signale überall gestreut werden. Dadurch sind sie meist ungenau und liegen oft unter einer Genauigkeit von 85 %, wenn der Staub besonders dicht ist. Retroreflektierende Sensoren hingegen arbeiten anders, indem sie polarisiertes Licht zusammen mit speziellen Reflektoren verwenden, die falsche Messwerte unterdrücken. Diese bleiben auch bei widrigen Bedingungen zuverlässig und halten Erkennungsraten über 95 % aufrecht, trotz des ganzen Staubs. Der wesentliche Unterschied zwischen diesen Optionen liegt darin, wie gut sie solche anspruchsvollen, staubigen Bedingungen bewältigen.

Die Auswahl von retroreflektierenden Sensoren in anspruchsvollen Verpackungslinien hat sich als wirksam erwiesen, um die sensorbedingte Ausfallzeit um 40 % zu senken.

Hochgeschwindigkeitserkennung für Sortierung und Genauigkeit der Produktionslinie

Überprüfung von über 10.000 Teilen pro Minute mit modulierter LED-Technologie

Heutige fotoelektrische Sensoren nutzen hochfrequente LED-Technologie, die Objekte erfassen kann, die sich schneller als 10.000 Teile pro Minute bewegen – ein entscheidender Vorteil für Großserienanwendungen wie Sortierlinien, Abfüllanlagen für Flaschen und Montagewerke für elektronische Bauteile. Diese Sensoren sind unempfindlich gegenüber normalen Lichtverhältnissen oder Vibrationen, die ältere Systeme beeinträchtigen, wodurch Fehlauslösungen um etwa vier Fünftel reduziert werden, selbst wenn es auf der Produktionsfläche unübersichtlich wird. Da sie berührungslos arbeiten, gewährleisten sie eine gleichbleibende Leistung, während herkömmliche Verfahren versagen. Das bedeutet weniger Produktionsausfälle und eine höhere Gesamtsystemzuverlässigkeit in Phasen maximaler Auslastung.

Submillimetergenaue Positionierung mit polarisierten retroreflektierenden fotoelektrischen Sensoren

Wenn es um besonders präzise Arbeiten geht, wie das Platzieren von Halbleiterwafern oder das Zusammenbauen winziger Bauteile, können polarisierte retroreflektierende fotoelektrische Sensoren Objekte auf etwa einen halben Millimeter genau positionieren. Diese Sensoren verfügen über spezielle Filter, die störende Reflexionen an glänzenden Metalloberflächen blockieren, wodurch sie Objekte zuverlässig berührungslos erkennen können. Roboterarme, die mit diesen Sensoren ausgestattet sind, können empfindliche Teile immer wieder mit außergewöhnlicher Konsistenz platzieren – eine Leistung, die herkömmliche mechanische Schalter einfach nicht erreichen können. Fabriken, die diese Technologie einsetzen, berichten von weniger beschädigten Produkten und Wartungskosten, die um etwa 35 bis 40 Prozent sinken. Dies macht einen großen Unterschied in Betrieben, in denen jedes Zehntel eines Millimeters zählt.

Intelligente Integration: IO-Link und Trends im Bereich vorausschauende Wartung

Der Aufstieg von IO-Link-fotoelektrischen Sensoren für die vorausschauende Wartung

Die IO-Link-Technologie verwandelt herkömmliche fotoelektrische Sensoren in intelligente Edge-Geräte, da sie die Übertragung von Echtzeit-Diagnoseinformationen ermöglicht. Denken Sie an Dinge wie eine verschmutzte Linse, Temperaturschwankungen über die Zeit oder die Signalqualität im Vergleich zum Hintergrundrauschen. Wartungsteams können Probleme tatsächlich beheben, bevor sie zu größeren Störungen werden. Anstatt zu warten, bis etwas ausfällt, können Mitarbeiter die lästigen Linsen reinigen oder Einstellungen vornehmen, während alles noch einwandfrei funktioniert. Abfüllanlagen haben mit diesem Ansatz beeindruckende Ergebnisse erzielt und unerwartete Stillstände um etwa 45 Prozent reduziert, wie Automation World letztes Jahr berichtete. Nehmen wir als Beispiel die Ansammlung von Staub auf optischen Bauteilen: Die Sensoren erkennen diese winzigen Partikel lange bevor jemand einen Genauigkeitsverlust bemerken würde. Da schnellere Sortiersysteme immer stärker auf präzise Sensoren angewiesen sind, machen Hersteller die Integration von IO-Link mittlerweile zur zwingenden Vorgabe auf ihren technischen Prüflisten. Dies verlängert die Lebensdauer der Maschinen, spart langfristig Kosten und macht den Betrieb weniger anfällig für Störungen.