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Ultraschallprinzip

Ultraschallsensoren haben in der Automatisierungstechnik neue Maßstäbe gesetzt

Die Funktionsweise:

Der Ultraschallsensor strahlt zyklisch einen kurzen, hochfrequenten Schallimpuls aus. Dieser pflanzt sich mit Schallgeschwindigkeit in der Luft fort.

Trifft er auf ein Objekt, wird er dort reflektiert und gelangt als Echo zurück zum Ultraschallsensor. Aus der Zeitspanne zwischen dem Aussenden des Schallimpulses und dem Empfang des Echosignals berechnet der Ultraschallsensor intern die Entfernung zum Objekt.

Ultraschall-Messprinzip

Da die Entfernung zum Objekt über eine Schall-Laufzeitmessung und nicht über eine Intensitätsmessung bestimmt wird, haben Ultraschallsensoren eine ausgezeichnete Hintergrundausblendung.

Nahezu alle Materialien, die den Schall reflektieren, werden detektiert - unabhängig von ihrer Farbe. Selbst glasklare Materialien oder dünne Folien stellen für Ultraschallsensoren kein Problem dar.

microsonic-Sensoren erlauben Entfernungsmessungen von 20 mm bis 10 m und können dank der Laufzeitmessung den Messwert mit millimetergenauer Auflösung erfassen. Einige Sensoren lösen das  Abstandssignal sogar mit 0,025 mm auf.

Die Ultraschallsensoren messen in staubiger Luft genauso wie durch Farbnebel hindurch. Auch dünne Ablagerungen auf der Sensormembran beeinträchtigen die Sensorfunktion nicht. Sensoren mit einer Blindzone von nur 20 mm und mit einer extrem schlanken Schallkeule erschließen heute gänzlich neue Anwendungen: Füllstandsmessungen in Wells von Mikrotiterplatten und Reagenzgläsern sowie das Abtasten von kleinen Flaschen in der Verpackungsindustrie lassen sich problemlos realisieren. Sogar dünne Drähte werden sicher erkannt.

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    Auswahl an Ultraschallsensoren 20 mm - 8 m Messbereich
    Wer reflektiert, wird detektiert. Flüssigkeit, Feststoffe, Schüttgut, Folien oder Weiteres. Finden Sie Ihren Ultraschallsensor nach Anwendung, Gehäuseform, Ausgangsstufe und Messbereich.
    Finden Sie Ihren Ultraschallsensor
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    mic+ Ultraschallsensoren 30 mm - 8 m Tastweite
    Die mic+ Ultraschallsensoren erfassen Objekte und Abstände in einem Messbereich von 30 mm bis 8 m. Der Sensor in der M30 Gewindehülse ist mit einem Digital-Display zur direkten Messwertausgabe ausgestattet. Die Sensoren stehen mit Schalt- oder Analogausgang sowie IO-Link Schnittstelle zur Verfügung.
    mic+ Ultraschallsensor

Einsatzmöglichkeiten von Ultraschallsensoren

Anwesenheitskontrolle

Je nach Größe der Box oder des Containers können Ultraschallsensoren mit einem Schaltausgang z.B. aus der mic+Familie eingesetzt werden. Um in kleinen Boxen zu messen, kann zwischen dem mic+25/D/TC , mic+35/D/TC oder mic+130/D/TC gewählt werden.

Bei größeren Containern empfiehlt sich der Einsatz eines mic+340/D/TC oder mic+600/D/TC. Falls die Box oder der Container mit mehreren Sensoren kontrolliert werden soll, empfiehlt es sich, diese untereinander zu synchronisieren.

Des Weiteren empfiehlt sich der pms Ultraschallsensor im Hygienic Design in der Lebensmittelbranche, der Pharmaindustrie oder der Getränkeindustrie.

Bahnkantenregelung

Die Ultraschall-Bahnkantensensoren bks und bks+ haben die Aufgabe, die Kante von bahnförmigen Materialien, die von einer Rolle abgewickelt werden und durch die verarbeitende Maschine geführt werden, zu erfassen. Die Lage der Kante wird benötigt, um den Bahnlauf nachzuregeln, so dass die Materialbahn immer sauber "in der Spur bleibt".

Die Ultraschall-Bahnkantensensoren sind als Gabelsensor aufgebaut und arbeiten als Einwegschranke. Im unteren Schenkel der Gabel sitzt ein Sender, der kontinuierlich Ultraschall abstrahlt. In dem oberen Schenkel befindet sich ein Empfangswandler, der das abgestrahlte Schallsignal empfängt und seine Intensität auswertet. Ein Bahnmaterial, welches in die Gabel des Bahnkantensensors eingeführt wird, deckt die Schallstrecke zwischen Sender und Empfänger weniger oder mehr ab. In Abhängigkeit des Abdeckungsgrades variiert die Intensität des Empfangssignals. Diese Änderung wird als Analogsignal 4-20 mA oder 4–20 mA für die Bahnlaufregelung ausgegeben.

Doppelbogenkontrolle

erkennt zwei oder mehr übereinander liegende Bogen oder Blätter. Die Produktfamilie dbk+4 ist bestens geeignet für den Einsatz an Papier verarbeitenden Maschinen wie Bogendruckmaschinen, Druckern, Kopierern oder Zusammentragmaschinen. Bei dickeren Materialien, Kunststoffplatten und groben Wellpappen kommt die dbk+5 Doppelbogenkontrolle zum Einsatz.

Durchmessererkennung

Mit einem Ultraschallsensor mit Analogausgang wird der Durchmesser einer Rolle oder eines Coils erfasst und der Rollenantrieb bzw. eine Bremse nachgeregelt. Typischer Einsatz für einen Ultraschallensor

mic+35/IU/TC bei kleinen Rollendurchmessern,

mic+130/IU/TC bei Rollendurchmesser bis 2,5 m.

Einsatz am Folienextruder

Die mic+ Ultraschallsensoren mit Analogausgang 0 – 10 V und 4 – 20 mA sind bestens geeignet für die Durchmesserregelung an einem Folienextruder.

Einwegschranke

Ultraschall-Einwegschranken werden in Anwendungen für das sichere Erkennen und schnelle Zählen von Objekten wie z.B. Flaschen in Abfüllanlagen der Getränkeindustrie aufgrund der kurzen Reaktionszeiten eingesetzt. Die Einwegschranke besteht aus einem Sender und Empfänger, die am Monatgeort im gewünschten Abstand gegenüber befestigt werden. Der Sender sendet zyklisch Schallimpulse aus, die vom Empfänger erfasst werden. Unterbricht ein Objekt den Schallstrahl zwischen Sender und Empfänger, wird der Schaltausgang des Empfängers gesetzt.

Etikettenerkennung

Der Etikettensensor esf-1 tastet hochtransparente, reflektierende Materialien, sowie metallisierte Etiketten und Etiketten beliebiger Farbe sicher ab. In Abhängigkeit von der erforderlichen Schallleistung stellt sich die Messzykluszeit automatisch ein. Suchen Sie aufgrund der Einbaulage einen Etikettensensor in getrenntem Gehäuse steht Ihnen der esp Etikettensensor zur Auswahl.

Folienrissüberwachung

lässt sich mit allen Ultraschallsensoren mit Schaltausgang realisieren. Falls die Folie starke Wellen wirft, bietet es sich an, den Sensor als Zweiweg- oder Reflexionsschranke zu betreiben. Diese Betriebsart arbeitet auch dann noch sicher, wenn der Schall durch die Wellen in der Folie weggespiegelt wird. Alle Ultraschall-Näherungsschalter mit dem microsonic-Teach-in unterstützen die Betriebsart Reflexionsschranke.

Sensor Selektor

Füllstandsmessung

Die klassische Anwendung für den Ultraschallsensor ist die Füllstandsmessung von Flüssigkeiten oder Schüttgütern in einem Behältnis. Die Sensoren erfassen kontaktlos Füllstände von wenigen Millimetern bis zu 8 Metern. Es stehen Ultraschallsensoren mit ein oder zwei Schaltausgängen für eine Min-/Max-Regelung oder mit Analogausgang 0 – 10 V und 4 – 20 mA für die kontinuierliche Füllstandsüberwachung zur Auswahl.

Mit dem pico+TF Ultraschallsensor (M22-Gehäuse), crm+ Ultraschallsensor (M30-Gehäuse) oder dem hps+ Ultraschallsensor (Prozessanschluss G1 oder G2) sind auch chemisch-resistente Versionen für die Füllstandsmessung verfügbar.

Füllstandsmessung in 6 bar Überdruck

sind mit den hps+ Sensoren möglich. Die Sensoren sind zudem chemisch resistent und als Version mit zwei pnp-Schaltausgängen oder Analog- und Schaltausgang erhältlich.

Füllstandsüberwachung in kleinen Gefäßen

Bei der Füllstandsüberwachung in kleinen Gefäßen oder in beengten Einbauverhältnissen ist eine kompakte Sensorbauform erforderlich. Es stehen Ultraschallsensoren mit ein oder zwei Schaltausgängen für eine Min-/Max-Regelung oder mit Analogausgang 0 – 10 V und 4 – 20 mA für die kontinuierliche Füllstandsüberwachung zur Auswahl.

Mit dem zws-Ultraschallsensor + SoundPipe lässt sich sogar in kleine Gefäße mit einem Durchmesser von weniger als 5 mm messen.

Die pico+TF Füllstandssensoren sind für die Niveaumessung auf chemisch aggressiven Flüssigkeiten wie Reinigungsmittel, Lacke oder Tinten in kleinen Behältnissen ausgelegt.

Hinderniserkennung

Ultraschallsensoren der mic+ Familie erlauben die berührungslose Absicherung von fahrerlosen Transportfahrzeugen in Fahrtrichtung. Beim Einsatz mehrerer Sensoren können diese zur Vermeidung einer gegenseitigen Beeinflussung untereinander synchronisiert werden. Mit einem Vorwarnbereich und einem Stoppbereich kann das Flurförderfahrzeug bei einem Hindernis auf der Fahrspur sanft angehalten werden, ohne dass es zur Auslösung der taktilen Schutzeinrichtung kommt.

Höhen- und Breitenvermessung

Durch den Einsatz mehrer mic+ Ultraschallsensoren (M30-Gehäuse), pico+ Ultraschallsensoren (M18-Gehäuse) oder zws Ultraschallsensoren (kubisches Gehäuse) lassen sich dreidimensionale Vermessungen von kleinen Schachteln bis hin zu großen Kartons realisieren. Hierfür stehen Sensoren mit unterschiedlichen Tastweiten zur Verfügung.

Kantenerfassung bei flachen Objekten

Sehr flache Objekte auf einem Förderband können oftmals noch über eine "indirekte" Messung sicher erfasst werden: Ein Ultraschallsensor mit Schaltausgang misst entgegen der Transportrichtung des Förderbands schräg gegen die Kante des Objekts. Die Kante des Objekts bildet mit dem Förderband einen Tripelreflektor und reflektiert den Schall zurück zum Sensor.

Ihre Anwendung anfragen

Qualitätskontrolle

an einer Verpackungsmaschine. Für die Erkennung von Objekten bei schnellen Prozessen steht eine breite Palette an Ultraschallsensoren zur Auswahl: die zws-Ultraschallsensoren im quaderförmigen Gehäuse, die sks-Sensoren in Miniaturbauform, die pico+Ultraschallsensoren in der M18-Gewindehülse mit optionalem Winkelkopf und IO-Link-Schnittstelle, der pms Ultraschallsensor im Hygienic Design, sowie die lpc+ Sensorfamilie mit 2 Ausgangsstufen und 4 Tastweiten.

Roboterpositionierung

Für die Positionierung von Roboterarmen eignen sich wegen ihrer geringen Abmessungen hervorragend die pico+ Ultraschallsensoren in der M18-Gewindehülse oder die zws-Sensoren im quaderförmigen Gehäuse.

Seilabrisskontrolle

bei der Auf- und Abwicklung von einem Drahtseil. Je nach Größe der Trommel kann ein mic+130/D/TC mit 1.300 mm Betriebstastweite oder ein mic+35/D/TC mit 350 mm Betriebstastweite eingesetzt werden. Soll die Position des Seils auf der Wickellage erfasst werden, stehen hierfür Ultraschallsensoren mit Analogausgang zur Verfügung. Empfohlene Sensoren sind

mic+130/D/TC für einen Messbereich bis 1.300 mm,

mic+35/D/TC für einen Messbereich bis 350 mm.

Spleißerkennung

Der Spleißsensor esp-4 erkennt Spleiße und auch Etiketten sicher. Er steht sowohl in M18-Gehäuse, als auch in M12 mit ausgelagertem Empfangswandler zur Verfügung.

Überwachung von Ladungsträgern

Immer dann, wenn das abzutastende Objekt den Schall absorbiert oder durch seine Formgebung oder Lage im Ladungsträger den Schall wegspiegelt, sollte eine Lösung mit einer Zweiweg- oder Reflexionsschranke eingesetzt werden. Hier wird ein zusätzlicher Reflektor hinter dem eigentlich abzutastenden Objekt angebracht. Der Ultraschallsensor mit Schaltausgang und Fensterbetrieb gibt ein Signal, sobald das Objekt den Reflektor abdeckt. Hierzu bietet sich der pico+ oder lpc+ im M18 Gewindehäuse optimal an.

Umlenkfläche für Ultraschallsensoren

Der Schall kann über eine schallharte und glatte Reflexionsfläche umgelenkt werden. Hierfür stehen als Zubehör 90°-Umlenkflächen für M30 und M18-Ultraschallsensoren zur Verfügung. Gerade bei beengten Einbauverhältnissen im Maschinenbau können die Umlenkflächen vorteilhaft genutzt werden.

Volumenstrom

Ultraschallsensoren, wie der pms Sensor im Hygienic Design, messen bei der Abfüllung von Produkten in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie kontininuierlich deren Füllhöhe auf Transportbändern. Misst der analoge Sensor eine zu niedrige Füllhöhe, wird die Fördermenge erhöht. Misst der Sensor im umgekehrten Fall eine zu hohe Füllhöhe, reduziert die Steuerung den Volumenstrom für einen gleichmäßigen Abfüllungsprozess.

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