Über 1000 Produkte und Dienstleistungen in der Holzindustrie
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USi-System eröffnet neue Möglichkeiten für hochrobustes Messprinzip

Kleine Ultraschallwandler, die von ihrer Auswerteelektronik entkoppelt sind, finden praktisch überall in der Applikation ihren Platz. Sie erzeugen eine elliptische Schallkeule und decken damit einen breiten Detektionsbereich ab. Mit solchen Besonderheiten unterscheidet sich das Ultraschallsensorsystem USi-industry von Pepperl+Fuchs grundlegend von herkömmlichen Ultraschallsensoren. Damit eröffnet es ganz neue Nutzungsmöglichkeiten für das hochrobuste Messprinzip, unter anderem in der Objektdetektion, Bereichsüberwachung und Abstandsmessung sowie beim Einsatz als Assistenzsystem an fahrerlosen Transportsystemen und mobilen Robotern.

Separierte Ultraschallwandler für grösstmögliche Flexibilität.

Die Physik verschafft der Messung mittels Ultraschall mehrere prinzipielle Vorteile: Schallwellen breiten sich räumlich aus und erfassen das Zielobjekt sehr zuverlässig. Dessen Material, seine optischen und anderen Oberflächeneigenschaften spielen dabei keine Rolle. Zudem ist Ultraschall gegen Staub, Nebel, Dämpfe und andere Störeinflüsse überaus unempfindlich. So liefert er im Innen- und Aussenbereich äusserst robuste Signale, die den Erfassungsbereich dreidimensional abbilden.

Zuverlässiger Kollisionsschutz bei Rangiermanövern.

Entkoppelt und elliptisch

Über diese bauartbedingten Stärken der Ultraschallsensorik hinaus verfügt das USi-System über eine Reihe weiterer Eigenschaften, die dem Anwender besondere Vorteile bieten. Das beginnt mit seinem ungewöhnlichen Aufbau: Der eigentliche Sensor (Ultraschallwandler), der den Schallimpuls sendet und empfängt, ist von der Auswerteeinheit entkoppelt. An diese können gleich zwei Wandler angeschlossen werden, mit bis zu 3 Meter Kabellänge Entfernung. So sind auch Bauräume mit geringem Platzbedarf an kritischen Stellen möglich, was durch die entkoppelte Bauweise und die auf nur 27 x 21 x 13 Millimeter reduzierten Abmessungen des Wandlers erreicht wird. Das erlaubt die Installation selbst unter sehr beengten Verhältnissen, etwa im Gabelzinken eines Staplers, während die Elektronik an einer Stelle mit genügend Platz untergebracht werden kann.

USi-Technologie für Standard- und Safety-Applikationen.

Bei herkömmlichen Ultraschallwandlern ist die Schallmembran und damit der Querschnitt der Schallkeule kreisförmig. Dagegen haben beim USi-System beide eine elliptische Form. Membran und Schallkeule sind in einer Querachse sehr breit und in der anderen sehr schmal, also seitlich gestaucht. Dank dieser Form deckt die Schallkeule am Ort des Auftreffens – selbst knapp über Bodenniveau oder nah einer Wand – einen sehr breiten Bereich ab: 80 Zentimeter in 1,5 Meter Abstand, bei einer maximalen Reichweite von 2,5 Meter. Mit diesem grossen Detektionsfeld sowie der Verwendung von zwei Wandlern kann zum Beispiel bei fahrerlosen Transportsystemen (FTS, FTF, AGV) der gesamte Raum in Fahrtrichtung zuverlässig überwacht werden.

Intelligenter Algorithmus und umschaltbare Parameter

Die Auswerteeinheit bietet Anschlüsse für zwei Ultraschallwandler mit je einem eigenen Kanal. Insgesamt gibt es vier Ausgänge sowie einen Digitaleingang und eine Synchronisationsleitung. Die Sensoren lassen sich individuell und unabhängig voneinander parametrieren. Sie können zusätzlich jeweils mit zwei umschaltbaren Parametersätzen betrieben werden. Das erlaubt zum Beispiel, bei einem AGV den Erfassungsbereich an Schnell- und Langsamfahrt anzupassen, wenn das Fahrzeug von Zone zu Zone wechselt.

Einfache Installation und Parametrierung.

Der digitale Eingang kann für das Ausschalten der Ausgänge, das unterbrechungsfreie Umschalten auf den zweiten Parametersatz sowie das Einlernen einer sich ändernden Umgebung während des Betriebs genutzt werden. Die umfassende Parametrierung lässt sich bequem mit dem Device Type Manager (DTM) unter PACTware durchführen. Die Parameter definieren Ein- und Ausgänge, Schaltpunkte und Betriebsarten, sensor- und ultraschallspezifische Werte sowie Synchronisationsmöglichkeiten und Temperaturkompensation.

Die Verarbeitung der Schallsignale wird in der Auswerteeinheit mit einem intelligenten Software-Algorithmus durchgeführt. Er sorgt auch dafür, dass bei Verwendung mehrerer USi-Systeme in räumlicher Nähe die Signale von anderen Geräten automatisch ausgeblendet werden. Das erlaubt den ungestörten Betrieb von mehreren unabhängigen Transporteinheiten in derselben Umgebung. Eine physische Verbindung der Systeme untereinander ist für die Synchronisation nicht erforderlich.

Betriebsarten mit selektiver Auswertung

Mit der Teach-In-Taste lassen sich die Umgebung des Detektionsbereichs einlernen, Schaltpunkte einstellen, der zweite Ultraschallwandler an- und abmelden und die Auswerteeinheit auf die Werkseinstellung zurücksetzen. Im Teach-in-Modus lernt das USi-System, wie es seine Umgebung im Detail erfassen soll. Man kann wählen, ob der Sensor auf vorhandene oder fehlende Objekte oder auf beide Arten der Objektänderung reagiert. Zudem lassen sich Referenzpunkte definieren, etwa ein festes Maschinenteil im Erfassungsbereich, um eine Manipulation der Sensordetektion auszuschliessen.

USi-industry bietet zwei unabhängige Kanäle zum Anschluss der Ultraschallwandler.

Der Sensorzyklus kann in einer Spanne zwischen 10 und 200 ms eingestellt werden, wodurch sich das Sensorverhalten an die Messumgebung anpassen lässt. Ein kurzer Zyklus ist für die Erfassung von Objekten in schneller Bewegung geeignet; mit längeren Abständen zwischen den Pulsen wird die Messung in schallharten Umgebungen stabilisiert. Das USi-System verträgt raue industrielle Verhältnisse und kann auch im Aussenbereich eingesetzt werden. Mit der Schutzart IP69 ist es resistent gegen Staub und Feuchtigkeit, einschliesslich Hochdruck- und Dampfstrahlreinigung.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten und Safety-Option

Das robuste Ultraschallsignal, der breitflächige, räumliche Erfassungsbereich und die flexible Parametrierung erlauben die Anpassung an unterschiedlichste Anwendungsfälle. Einer davon ist die bereits erwähnte Steuerung von fahrerlosen Transportsystemen und Autonomen mobilen Robotern (AMR) in der Intralogistik. Das System kann zudem zur Überwachung der Gabelbelegung an autonom fahrenden Staplern verwendet werden. Die breit öffnende elliptische Schallkeule erfasst dabei neben den üblichen Boxen und Paletten auch Gestelle ohne geschlossene Front zuverlässig. Diese Eigenschaft bietet auch beim Einsatz in der Lager- und Fördertechnik wesentliche Vorteile. In der Luftfahrt lässt sich mit dem USi-System beispielsweise eine praktische Lösung für den Kollisionsschutz beim Positionieren eines Gepäckförderbandwagens am Flugzeug realisieren. Mit der hohen Schutzart und einem Temperaturbereich von -30 bis +70 Grad Celsius ist das System für alle Wetterbedingungen geeignet.

Stark elliptische Schallkeule für optimale Bereichsüberwachung.

Für Anwendungen, in denen funktionale Sicherheit gefordert ist, steht mit USi-safety auch eine entsprechend zertifizierte Produktversion zur Verfügung. Hier ist die Auswerteeinheit durchgängig zweikanalig ausgelegt, mit zwei fehlersicheren Ausgängen pro Ultraschallwandler sowie redundanten Mikrocontrollern. Diese überwachen nicht nur die Sensorfunktion, sondern auch gegenseitig einander. USi-safety entspricht als einziges sicheres Ultraschallsensorsystem auf dem Markt den Anforderungen der Kategorie 3 PL d der Norm EN ISO 13849.

Pepperl+Fuchs AG

Längfeldweg 116

2504 Biel/Bienne

Telefon 032 374 76 76

Fax 032 374 76 78

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www.pepperl-fuchs.com