Kleine Teile in einem Maschinenumfeld mit wenig Montageplatz zuverlässig zu detektieren ist eine Herausforderung – eine, die die Subminiatursensoren der Serien R2x und R3x mit DuraBeam-Lasertechnologie von Pepperl+Fuchs gerne annehmen. Sie vereinen laut Hersteller maximale Performance mit minimalem Platzbedarf und bieten mit ihrer besonderen Strahlgeometrie Konstrukteuren, Monteuren und Instandhaltern mehr Freiheitsrade bei der Sensorintegration.

Die Serien R2 und R3 im kubischen Subminiaturgehäuse sowie die sehr flachen Varianten der Serien R2F und R3F stehen jeweils in den Ausprägungen Einweg-Lichtschranke, Reflexionslichtschranke und Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung zur Verfügung. Mit der Kombinatorik aus vier Bauformen und drei Funktionsprinzipien bieten beide Subminiatur-Serien Maschinenbauern und Integratoren in der Halbleiter, der Solar- und Elektronikindustrie oder auch in der Verpackungs-, Materialfluss- oder Handhabungstechnik Möglichkeiten für optimale Applikationslösungen.

Detektion filigraner Objekte

Lasersensor ist nicht gleich Lasersensor – es kommt in vielen Applikationen auf das Profil des Laserstrahls an. Bislang emittieren marktübliche Laserdioden einen ovalen Lichtfleck, der trotz der Bündelung des Lichtes im Laserstrahl abhängig vom Arbeitsabstand zum Objekt sehr groß werden kann. Demgegenüber bilden die Lasersensoren der Serien R2x und R3x auf dem Objekt immer einen und kreisrunden und zudem gut sichtbaren und scharf konturierten Lichtfleck ab. Daher sind diese Lasersensoren für die präzise Detektion filigraner Objekte geeignet, beispielsweise die Pindetektion und SMT-Komponentenerkennung bei der Leiterplattenbestückung. Hierbei werden sehr kleine Komponenten verbaut, die im automatisierten Produktionsprozess einzeln zu detektieren sind.
Während ein großer LED-Lichtfleck die Bauteile nur erkennt, wenn sie in einem bestimmten Mindestabstand zueinander gepackt werden, können beim DuraBeam-Laser diese Abstände verringert werden. Parallel dazu unterstützt die schnelle Ansprechzeit der Sensoren die Optimierung der Packungsdichte auf den Leiterplatten. Die besonderen geometrischen Eigenschaften des Laserstrahls erleichtern die Integration der Sensoren, da sie kein besonderes Augenmerk auf die Ausrichtung des Sensors legen müssen, um eine zuverlässige Detektion zu erreichen und Fehlschaltungen zu vermeiden.

Was steckt hinter der DuraBeam-Technologie?

Bei DuraBeam hat Pepperl+Fuchs die Vorteile von LED und Laser kombiniert. Während Sensoren mit LED-Sendern mit ihrer hohen Lebensdauer und ihrer Einsatzfähigkeit im erweiterten bzw. erhöhten Temperaturbereich punkten, liegen die Stärken bislang üblicher Laserdioden unter anderem in ihren großen Arbeitsabständen und Funktionsreserven sowie der scharf konturierten, kleinen Lichtfleckabbildung auf dem Objekt. Die DuraBeam-Technologie basiert auf einem speziellen, nur wenige Mikrometer großer Halbleiterlaser, der nur einen relativ niedrigen Treiberstrom benötigt und eine augensichere Lichtemission von hoher Strahlqualität erzeugt. Entscheidend dabei ist die gegenüber herkömmlichen Kantenemittern höhere Lebensdauer und der erweitere Betriebstemperaturbereich.

Welche Bauformen und Funktionsprinzipien sind verfügbar?

Die kubischen R2 und R3 sowie die flachen R2F und R3F sind als Einweg-Lichtschranke, Reflexionslichtschranke und Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung verfügbar. Jedes Funktionsprinzip bietet dabei spezifische Vorteile. So bieten die Einweg-Lichtschranken die Möglichkeit, die Schaltschwelle per Teach-in an die jeweilige Erfassungssituation anzupassen. Dies optimiert die Detektionssicherheit und die Schaltpunktgenauigkeit, da es das Schalten auf umstrahlte Objekte verhindert. Bei beengtem Einbau mehrerer Einweg-Lichtschranken kann die Schaltschwellenanpassung dazu genutzt werden, eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden. Schließlich ermöglicht es dieses Merkmal auch, das Detektionsverhalten an schwierige Objekte wie beispielsweise Kleinteile, semitransparente Objekte oder Objektvorderkanten anzupassen.
Bei den miniaturisierten Reflexions-Lichtschranken der Serien R2x und R3x verhindert ein Polarisationsfilter einen störenden Fremdlichteinfall auf das Empfangselement. Dadurch gewährleisten sie hohe Detektionssicherheit auch bei Spiegelungen von Folien oder Leiterplattenoberflächen, Glanzeffekten von Verpackungen oder sonstigen Fremdlichteinflüssen – die Verfügbarkeit von Verarbeitungs- oder Verpackungsprozessen wird nicht beeinträchtigt.
Die Reflexions-Lichttaster beider Serien zeichnen sich im Praxisbetrieb durch eine hochpräzise und farbunabhängige Hintergrundausblendung aus. Per geometrischer Triangulationsauswertung direkt auf dem optischen Sensorchip lässt sich der Schaltpunkt präzise auf das Objekt einstellen. Dadurch können selbst im Nahbereich der Sensoren Flächen hinter dem Objekt zuverlässig unterdrückt und so falsche Schalt- oder Zählsignale vermieden werden. Auf diese Weise ist es möglich, auch besonders flache Verpackungen auf einem Transportband sicher von der Bandoberfläche unterscheiden.

Vereinfachtes Maschinen-Engineering

Maschinen werden kompakter, Montageraum wird knapper – das ist der Trend in vielen Bereichen des Maschinenbaus. Sensoren mit hoher Leistungsdichte sind gefragt, deren Performance größer ist als ihr Platzbedarf. Auch die Anschlusstechnik leistet hierzu einen wichtigen Beitrag: Neben M3-Steckern stehen die R2x- und R3x-Lasersensoren auch mit nochmals kleiner M2-Anschlusstechnik zur Verfügung. Hilfreich bei der Integration ist zudem der 45°-Kabelabgang der Sensoren. Dadurch kann das Kabel – unabhängig von der Ausrichtung des Sensors – immer passend zur Maschinenkonstruktion abgeführt werden. Aber nicht alleine auf einzelne Sensormerkmale kommt es beim Maschinen-Engineering an, sondern auch auf Kompatibilität und höchste Flexibilität: Unabhängig von den verfügbaren Funktionsprinzipien bieten alle R2x- und R3x-Lasersensoren ein durchgängig einheitliches Produktdesign. Wesentliche Konstruktionsmerkmale wie beispielsweise die Abmessungen oder das Montage- und Anschlusskonzept sind innerhalb einer Serie identisch. Dadurch können die unterschiedlichen Sensorausführungen bei Bedarf mit einheitlichem Zubehör ohne weitere Anpassung flexibel in identische Befestigungssituationen integriert werden – was das gesamte Maschinen-Engineering deutlich vereinfacht und effizienter macht.