Wie weit die Miniaturisierung optoelektronischer Sensoren schon vorangeschritten ist und wohin der Trend noch führen wird und kann, erklärt Fabian Ehret, Produktmanager Sensoren bei Sensopart Industriesensorik.

Eigneten sich Miniatur- und Subminiatursensoren früherer Baujahre oft nur für einfache Anwendungen, muss man heute kaum noch Kompromisse hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Detektionsgenauigkeit eingehen. Die kleine und superkleine Bauform der Sensoren ist mittlerweile Stand der Technik - dennoch gibt es deutliche Performance-Unterschiede bei den verschiedenen Herstellern. Was in der Subminiatur-Bauform heute möglich ist, zeigt exemplarisch unsere Subminiatur-Sensorreihe F 10: Die Laser-Reflexionslichtschranke bietet trotz ihrer Größe von nur 21 x 14 x 8 mm3 eine maximale Betriebsreichweite von zwei Metern bei zugleich sehr kleinem Lichtfleck über den gesamten Arbeitsbereich, sodass auch auf größere Distanzen Kleinteile von wenigen Millimetern Größe erkannt werden können oder eine sehr genaue Vorderkantenerkennung möglich ist. Gegenüber dem Wettbewerb heben sich unsere Submini-Sensoren vor allem in der Performance und bei der Detektions-Sicherheit auf z.B. glänzenden oder sehr dunklen Objekten ab. So detektiert die F 10-Lichtschranke genauso sicher wie die größere Miniatur-Lichtschranke F 25 (34 x 20 x 12 mm3) - diese erreicht jedoch auf Grund der physikalischen Gegebenheiten eine Grenzreichweite bis 15 m.
Einige Produktvarianten der Submini-Baureihe F 10 sind beispielsweise mit einer hochwertigen, einstellbaren Hintergrundausblendung (HGA) ausgestattet, wie sie in dieser Baugröße einzigartig am Markt ist. Somit kann auch Tastgut, das sich nur wenige Millimeter vor störenden Objekten im Hintergrund befindet, erkannt werden, was vor allem bei beengten Platzverhältnissen in der Anlage von Vorteil ist.

Spezialsensoren als Subminiaturbauform? Eine Frage der Zeit.

Waren bei Subminiatursensoren früher nur die Grundfunktionen Taster, Einweg- und Reflexionslichtschranke am Markt erhältlich, so wird das Angebot in Zukunft breiter werden und unter anderem auch Spezialsensoren, zum Beispiel zur Glaserkennung, umfassen. Unsere Miniaturbaureihe F 25 bietet bereits spezielle Sensorvarianten zur Glas-, Kontrast- und Farberkennung sowie zur Abstandsmessung an - es ist nur eine Frage der Zeit, bis derartige Spezialsensoren auch in der Subminiaturbauform erhältlich sein werden. Bereits jetzt umfasst unsere Baureihe F 10 knapp 90 Varianten mit Laser- oder LED-Lichtquelle, darunter eine Spezialausführung mit blauer LED für die Detektion von Objekten mit sehr geringer Remission. Wir treiben das „Familienkonzept" konsequent voran, da die Verfügbarkeit verschiedener Sensorfunktionen im gleichen Gehäuse einen großen Vorteil für unsere Kunden darstellt. Durch die identischen Abmessungen und Anschlussoptionen sowie das einheitliche Montagekonzept wird das Einbinden der Sensorvarianten in die Konstruktion erleichtert und damit wirtschaftlicher.

Voraussetzungen für die Miniaturisierung

Um alle benötigten elektronischen und optischen Komponenten auf engstem Raum unterzubringen, haben wir einen integrierten Schaltkreis (ASIC) entwickelt. Weiterhin mussten wir an der Entwicklung eines präziseren Kunststoff-Spritzverfahrens arbeiten, um den Bau hochdichter Gehäuse (IP 67/IP 69K) zu ermöglichen. Eine abermalige Verkleinerung des Sensorgehäuses jenseits der Subminiatur-Bauform wäre auf Basis dieser Entwicklungen prinzipiell möglich - allerdings würde die damit verbundene Annäherung von Sender und Empfänger aus physikalischen Gründen zwangsläufig zu Lasten der Reich- beziehungsweise Tastweite gehen. Weiterhin wäre ein enormer Entwicklungsaufwand nötig, um die gleiche zuverlässige und industrietaugliche Performance in dieser Baugröße zu realisieren. Es müsste mit Einbußen von XXX gerechnet werden (Kann nicht benannt werden) Die Integrationsdichte der Elektronik wird aber zukünftig zunehmen, sodass noch weitere und komplexere Funktionen in der Submini-Bauform untergebracht werden könnten.
Einer weiteren Verkleinerung der Sensorgehäuse sind aber aus praktischen Gründen - hinsichtlich der Montage und Installation - Grenzen gesetzt. Denn trotz kluger Montagekonzepte verlangt die Montage von Submini-Sensoren bereits heute einiges an Fingerspitzengefühl. Es wird bereits darüber nachgedacht, wie dem Anwender die Montage und Installation weiter vereinfacht werden kann. Vor allem wird weiterhin an der Einstellung der Sensoren gearbeitet werden müssen. Viele unserer Sensoren können derzeit schon via Steuerleitung eingelernt werden, denn die winzigen Sensoren sind oft so tief in der Maschine versenkt, dass sie nach der Montage nicht mehr zugänglich sind.

Grenzen der Miniaturisierung

Auf die vom Markt geforderte Miniaturisierung hat Sensopart mit der Entwicklung von leistungsfähigen Standard- und Spezialsensoren für kleine Baugrößen reagiert. Die hier exemplarisch vorgestellte Submini-Baureihe F 10 zeigt, dass diese Verkleinerung nicht mit Performance-Verlusten erkauft werden muss. Die Barrieren einer weiteren Miniaturisierung von optoelektronischen Sensoren liegen einerseits bei physikalischen Grenzen und andererseits bei der Praktikabilität. Was jedoch die bestehenden kleinen Sensor-Familien betrifft: Hier können sich die Anwender in Zukunft auf viele neue Funktionsprinzipien in Mini-Ausführung freuen.