Moderne Produktionsprozesse werden komplexer und schneller, die Vorgaben der industriellen Fertigung immer strenger. Zudem soll der Rohstoffeinsatz so gering wie möglich gehalten werden. Neue leistungsfähige Sensoren sollen den Konstrukteur dabei unterstützen, all diesen Entwicklungen gerecht zu werden.

Betrachtet man die berührungslosen Messverfahren für Weg, Abstand, Position und Dimension, so lassen sich alle Sensoren nach ihrem physikalischen Prinzip in zwei Gruppen aufteilen: elektro-magnetische und optische Geräte. Die elektromagnetischen Sensoren, wie Wirbelstrom- oder kapazitive Sensoren, erfassen den Abstand zum elektrisch leitenden Messobjekt über die Änderungen des elektrischen Felds. Wirbelstromsensoren messen den Abstand über Impedanzänderung der Sensorspule. Bei kapazitiven Sensoren hingegen bilden Sensor und Messobjekt die Plattenelektroden eines idealen Kondensators. Beide Messprinzipien messen nanometergenau, unterscheiden sich aber erheblich in den Anwendungsbedingungen. Während Wirbelstromsensoren bestens für das raue Industrieumfeld (Schmutz, Staub, Feuchte) geeignet sind, benötigen kapazitive Sensoren eine saubere Umgebung, wie sie in der Elektronikfertigung, im Labor und im Reinraum herrscht.
Für kundenspezifische Anwendungen können Kabel, Sensorbauform und individuelle Messbereiche der Standardsensoren angepasst werden. Gefragt sind dabei vor allem Sensoren mit integrierter Elektronik im Miniaturgehäuse oder besondere Sensorbauformen. Bei Kundenanpassungen wird für die Miniaturisierung die Embedded Coil Technology (ECT) verwendet. Dieses Fertigungsverfahren erlaubt nahezu alle Freiheitsgrade für die äußere Sensorform. Bei Bedarf kann auch die gesamte Auswerteelektronik in den Sensor integriert werden. So wird beim Wirbelstromsensor eine flache Spule in ein anorganisches Material eingebettet. Folglich verbessert die Werkstofftechnik die Stabilität und Belastbarkeit der Sensoren und erhöht ihre thermische Belastbarkeit.

Optische Sensoren: Messverfahren, Integrationsfähigkeit, Anwendung
Im Unterschied zu den elektro-magnetischen Verfahren nutzt die optische Messtechnik die Effekte der Optik. Die Vorteile dieser Techniken sind der kleine Messpunkt und ein relativ großer Grundabstand. Bei der Lasertriangulation wird zum Beispiel der Abstand über eine Dreiecksbeziehung - Laserdiode im Sensor/Messobjekt/Fotoelemente im Sensor - bestimmt. Um verschiedene Anwendungsfälle lösen zu können, werden Sensoren in unterschiedlichen Leistungsstufen angeboten. Die intelligenten Sensoren verfügen über einen integrierten Controller und führen zahlreiche Auswerteaufgaben bereits am Sensor durch. Auch die Technologie kann je nach Messobjekt und -aufgabe passend gewählt werden. Punktsensoren vermessen den Abstand auf Standardobjekten, Sensoren mit einer kurzen Laserlinie werden auf metallischen Oberflächen eingesetzt und Laserscanner mit einer langen Messlinie erfassen das mehrdimensionale Profil der Objekte. Zudem wird zwischen einer roten (Allrounder) und einer blauen Laserdiode (Einsatz bei glühenden Metallen und organischen Objekten) unterschieden.
Um die Integration in den Prozess zu erleichtern, werden die Lasersensoren mit analogen und digitalen Schnittstellen wie Ethernet ausgestattet. Das Ethernet-Protokoll verfügt über eine integrierte Kollisionserkennung der Datenpakete und sichert die vollständige und fehlerfreie Datenübertragung. Das offene Protokoll erlaubt einen nahezu uneingeschränkten Kommunikationsfluss in den Netzwerken - unabhängig vom Betriebssystem des Endgeräts und der eingesetzten Hardware. Der Verdrahtungsaufwand ist minimal. Der Bediener kann den Controller per IP von überall her ansprechen, die Messdaten ortsunabhängig auswerten und die Fernwartung weltweit durchführen. Die Bedienung und Systemkonfiguration erfolgen im Standard-Webbrowser, sodass keine zusätzliche Software-Installation notwendig ist. Mit Datenraten von bis zu 10 GBit/s ist man auf dem aktuellen Stand der Technik. Diese Faktoren dienen der einwandfreien datenmäßigen und „physischen" Integration der Ethernet-fähigen Komponenten ins System. Die eingesetzten Standardkomponenten werden in der Massenproduktion hergestellt, was sich positiv auf die Kosten auswirkt.
Auch andere optische Sensoren, wie die konfokal-chromatischen Messsysteme, werden neben analogen auch mit Ethernet/Ethercat (Echtzeit-Ethernet)-Schnittstelle angeboten. Beim konfokal-chromatischen Wegmessverfahren wird weißes Licht über eine Linsenanordnung in unterschiedlichen Entfernungen nach den einzelnen Wellenlängen fokussiert. Die Sensoren werden sowohl zur Abstandsmessung als auch zur Dickenmessung von transparenten mehrschichtigen Materialien, wie beispielsweise Flachbildschirmen, eingesetzt. Die Vorteile für den Anwender sind ein winziger Messfleck und eine nanometer­genaue Auflösung. Hinsichtlich Messgeschwindigkeit erreicht der derzeit schnellste Controller weltweit Messraten von 10 kHz mit einer LED-Lichtquelle beziehungsweise 70 kHz mit einer Xenon-Lichtquelle. Somit werden die konfokalen Sensoren zum Beispiel für die Qualitätsprüfung in den Hightech-Produktionslinien der Premium-Elektronikhersteller eingesetzt. Die elektro-magnetische Wirbelstrom- und kapazitive Sensoren verfügen ebenfalls über die Ethernet-Schnittstellen.