Für die Detektion von metallischen Objekten auf kurze Distanzen sind Induktivsensoren der bewährte Standard. Doch reicht ihr Anwendungsspektrum viel weiter, sofern die Sensoren hinsichtlich Präzision über dem Standard liegen oder mit smarten Funktionen ausgestattet sind. 

Die Induktivsensoren von Baumer mit komplett integrierter Elektronik zeichnen sich durch sehr hohe Wiederholgenaugkeit aus. Durch die Möglichkeit, mikrometergenau Abstände zuverlässig messen zu können, eröffnen sich neue Anwendungsgebiete. So können beispielsweise kosteneffizient Kräfte und Dehnungen in Maschinen, Anlagen und Werkzeugen gemessen werden.

Messungen mit dieser Genauigkeit erfordern eine ebenso akkurate wie stabile Übertragung des Messsignals. Hierfür wird oft eine analoge Schnittstelle verwendet (strom- oder spannungsbasiert). Alternativ standen bislang nur serielle Schnittstellen oder Feldbusschnittstellen zur Verfügung, die entweder in der Integration aufwändig sind oder nur in größeren, komplexeren Sensoren zum Einsatz kommen.

Bei den bekannten Analogausgängen ergeben sich besondere Herausforderungen: Wegen der Sensitivität (wenige V/mm bzw. mA/mm) dieser Ausgänge arbeitet man oft im mV- oder µA-Bereich. Rauschen auf der Leitung aufgrund umliegender elektromagnetischer Felder oder auch der Einfluss des Kabels können das Messsignal beeinträchtigen. Da teure, geschirmte Kabel notwendig sind, sollte  die Kabellänge auf ein Minimum begrenzt werden. Zusätzlich sind steuerungsseitig hochauflösende analoge Wandler nötig, die ebenfalls in der Gesamtkostenrechnung zu Buche schlagen.

IO-Link für mikrometer-genaues Messen 

Induktive Sensoren von Baumer sind zusätzlich zu den Varianten mit analoger Schnittstelle auch in verschiedenen Bauformen mit IO-Link verfügbar. Der Einsatz dieser digitalen Schnittstelle ist für Anwendungen, die mikrometer­genau Abstände messen, eine interessante Option mit weniger Aufwand und geringeren Kosten. Die Verwendung von IO-Link bietet zahlreiche Vorteile:
einfache Anbindung an Steuerungen über IO-Link Master – geringere Kosten im Vergleich zu hochauflösenden AD-Wandlerkarten, einfache Integration aufgrund der IODDs (IO Device Description), bis 20 m ohne geschirmtes Kabel, rauschfreie, digitale Übertragung ohne zusätzliche Wandlungen.

Über IO-Link ist der Sensor zudem einfach parametrierbar. Mit entsprechenden Filtereinstellungen kann so die optimale Balance zwischen Ansprechzeit und Auflösung gefunden werden. Die kostenfreie Software Baumer 
Sensor Suite erlaubt die einfache Evaluation und Parametrierung von IO-Geräten. 

Smarte Induktivsensoren: Drehzahlwächter, Frequenzsensor oder Zähler

Sollen drehende oder vibrierende Maschinen und Anlagen überwacht und/oder geregelt werden, bieten die IO-Link-Induktivsensoren von Baumer neue Möglichkeiten. So steht über IO-Link nebst der Distanz auch die Frequenz für Geschwindigkeits- oder Vibrationsmessungen bis 1.2 kHz zur Verfügung. Diese liegt als Messwert in Hz vor, woraus beispielsweise eine Drehzahl abgeleitet werden kann. Zusätzlich kann auf Basis der Frequenz ein Schaltsignal parametriert werden. Während der Messwert per IO-Link übertragen wird, kann das Schaltsignal auch an den digitalen Ausgang weitergeleitet werden. Damit lässt sich der Sensor für die Überwachung der Grenzwerte so parametrieren, dass er beispielsweise nur innerhalb von 100 bis 120 Hz schaltet – auch ohne Anbindung an die IO-Link-Schnittstelle.

Zusätzlich bietet der Sensor im Zusammenhang mit der Frequenzmessung Daten wie die Amplitude (AC) des Signals und den Offset (DC) zur Überwachung der Distanz zum Objekt. Diese Zusatzdaten bringen Mehrwert für das Condition Monitoring, um etwa die Abnutzung von Zahnrädern zu überwachen.

Ebenso kann der Sensor als Zähler von Schaltzyklen konfiguriert werden. So können Losgrößen im Betrieb überprüft oder in Servicefällen die Zyklen des jeweiligen Maschinenmoduls ausgelesen werden. Typischerweise werden für solche Anwendungen Standard-Induktiv- oder Hallsensoren verwendet, deren Ausgangssignale (Schaltpulse) entsprechend interpretiert und umgerechnet werden müssen. Das erfordert sowohl einen Integrationsaufwand als auch die zeitlich schnelle Abfrage der Eingänge. Mit IO-Link-Nutzung erfolgt die Auswertung der Schaltsignale nun komplett in dem smarten Sensor. So kann der Wert in zeitlichen größeren Abständen abgefragt und die Steuerung entlastet werden. 

Optimierte Wartung und reduzierte Ausfallzeiten 

IO-Link-Sensoren erleichtern die Maschinenüberwachung und die Wartungsplanung, indem sie wichtige Daten über den Zustand des Sensors respektive der Maschine liefern. Speziell induktive Sensoren sind oft sehr nah am Geschehen, zum Beispiel in Elektrospindeln oder Getrieben verbaut. Durch die Verfügbarkeit von Diagnose­daten wie der Temperatur ist es möglich, auf negative Trends (Erwärmung durch Verschleiß/Reibung) zu reagieren, bevor es zum Ausfall kommt. Diese Daten können auch für Regelungsaufgaben verwendet werden, um so die Maschine im optimalen Arbeitsbereich zu betreiben oder Umgebungseinflüsse zu kompensieren.

Neben weiteren Daten zur Stromversorgung, Betriebszeit, Anzahl der Maschinenstarts und anderen, sind vor allem die verfügbaren Histogramme hervorzuheben. Sowohl Prozess- als auch Diagnosedaten werden kontinuierlich aufgezeichnet und je nach Wert auf 16 Bins verteilt. Anhand dieser Histogramme ist es möglich, die Anwendung zu evaluieren oder im Servicefall ein Bild über die Einsatzbedingungen des Sensors zu erhalten.

Performance-Sensoren eröffnen neue Einsatzfelder 

Das Induktivsensor-Portfolio von Baumer bietet alle gängigen Formate für unterschiedliche Einsatzbereiche (Indoor, Outdoor, Hygiene). Hervorzuheben sind kompakte und zugleich leistungsstarke Modelle, mit denen Konstrukteure smarte Anwendungen selbst bei begrenztem Bauraum verwirklichen können. Jüngstes Produktbeispiel aus der Sensor Solution Toolbox ist der ultraflache IF250: Obwohl nur 6 mm dünn kann der IF250 Objekte auf bis zu 12 mm Distanz detektieren. Diese Leistung ist laut Hersteller in dieser Gehäuseklasse unerreicht und schafft neue Einsatzfelder, wo sich mangels Platz zylindrische Standardsensoren nicht gut integrieren lassen.

Potenzial der Daten nutzen 

Die Anwendungsbeispiele oben zeigen, dass Induktivsensoren mit integrierter Elektronik deutlich mehr können als detektieren oder Anwesenheiten kontrollieren. Leistungsstarke Modelle können kostengünstig zusätzliche Aufgaben erledigen, insbesondere wenn Anwender das Potenzial der Daten nutzen, die über die IO-Link-Schnittstelle geliefert werden. Auf dem Weg zur smarten Fabrik werden zunehmend auch intelligente Lösungen mit Induktivsensoren eine Rolle spielen. 

Autor
Silvio Sprenger, Produktmanager Induktivsensoren