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Der Originalsensor ist inklusive Gehäuse 52 x 36 x 15 mm klein.
Mikrosensorik

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Winzlinge mit Pfiff

Text: Dr. Detlef Zienert, Balluff
Es gibt Anwendungen, bei denen sogar kleinste Sensoren hinsichtlich Baugröße, Gewicht und Leistung an ihre Grenzen stoßen. Mit einer Baureihe stark miniaturisierter optoelektronischer Sensoren will ein Hersteller diese Lücke füllen.

Die Bereiche Life Science, medizinische Messtechnik, Laborautomation und Halbleiterindustrie benötigen oft sehr kleine Sensoren. Hierfür hat Balluff seine Micro­mote-​Serie entwickelt, die sich mit ihren wenige Millimeter großen Sensorköpfen mit abgesetzter Auswerteelektronik besonders für knappe Einbauräume eignet. Mit optoelek­tronischen Bauelementen von der Stange lassen sich solche Miniatursensoren nicht realisieren. Kennwerte wie Intensitätsverteilung, Öffnungswinkel, Achsfehler oder auch nur die Exemplarstreuung können nicht die hochgesteckten Qualitätsanforderungen erfüllen. Also entwickelten die Ingenieure und Techniker des Balluff Zentrums für optoelektronische Miniatursensoren im bayerischen Neubiberg eigene microSpot-LEDs mitsamt der dazu gehörigen – inzwischen patentierten – Herstellungstechnik.

Der besondere Clou: Mit dem speziellen Entwicklungs- und Montagekonzept können sie kundenspezifische Lösungen fast genauso schnell wie Standardprodukte fertigen. Dabei wird die Optik jedes Sensors auf die jeweilige Applikation ausgelegt. Dadurch entfallen aufwändige Simulationen oder Einmalkosten für Werkzeuge, und Anwender erhalten eine hohe optische Präzision. Dazu kauft der Hersteller die Halbleiterchips in Waferform ein und baut sie in der eigenen Fertigung zu Komponenten wie LEDs, Fotodioden und Fototransistoren entsprechend der gestellten Leistungsanforderung um. Somit handelt es sich immer um komplett abgestimmte optische Einheiten, die eine geringe Baugröße, eine gute Abbildungsqualität des Lichtstrahls und hohe Gleichmäßigkeit besitzen. Im Gegensatz zu anderen Verfahren sind zusätzliche Komponenten wie Linsen, Blenden oder Filter überflüssig.

Ein durchdachtes Baukastensystem soll Anwendern dabei helfen, die passende Lösung für ihre Applikation zu finden. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um das Erkennen und Zählen von Objekten, die Füllstands­erfassung von schäumenden Flüssigkeiten oder die Posi­tions­erfassung von Kleinteilen handelt. Die robusten, optoelektronischen Sensorköpfe sind in ein Metallgehäuse integriert. Verluste, wie sie bei Faseroptiken beim Ein­koppeln des Lichts auftreten, gibt es bei diesen Sensoren nicht. Denn die Signalübertragung zum Sensorkopf erfolgt rein elek­trisch über flexible Anschlussleitungen. Auf Mindestradien muss keine Rücksicht genommen werden.

Die Auswerteeinheit, die außerhalb des Geschehens platziert wird, ist mit ihren drei Varianten Basic, Advanced und Premium beliebig mit den Sensoren kombinierbar. Dabei punktet der Verstärker auch noch durch ergonomische Anzeige- und Bedienelemente. Neben Ausführungen für Standardaufgaben, etwa bei der Objekterkennung, finden sich Sensoren für besondere Herausforderungen.

Problemlöser für schwierige Aufgaben

Die Micromote-Lichtbandsensoren gibt es sowohl in Gabelbauform mit Weiten von 40 bis 80 mm als auch mit getrennten Empfängermodulen und Lichtbandbreiten von 10 bis 180 mm. Ihr Sendeelement besteht aus zahlreichen parallel geschalteten LEDs, deren Lichtkegel sich überlagern und ein homogenes Lichtband bilden. Dies bietet den Vorteil, dass Objekte unabhängig von ihrer Objektausrichtung abgebildet und präzise von den Empfängerelementen erkannt werden. Typische Anwendungen sind Schnellzähl- und Erfassungsaufgaben, die Bahnkantensteuerung, das Erkennen von Defekten in schnell laufenden Filamenten von Textilfasern oder auch der Konturvermessung von Garnspulen auf Förderbändern.

Eine andere Variante ist für den Einsatz direkt im Hoch- und im Ultrahochvakuum bis 1×10-9 mbar gedacht. Ihr Aus­gas­ungsverhalten lässt sich durch eine kundenspezifische Material­auswahl genau definieren, was die Sensoren für den Einsatz in der Halbleiterindustrie prädestiniert. Außerdem erspart ihre minimale Baugröße Kammervolumen. Erhältlich sind Ausführungen zum direkten Einbau in die Kammerwand mit integrierter Dichtfunktion und individueller Befestigungslösung sowie Versionen zur vollständigen Installation im Hochvakuum. Bei letzterer werden die elektrischen Signale über herkömmliche Vakuumdurchführungen mit feed-
through-Kontaktierungen zur außerhalb gelegenen Elektronik geleitet.

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