De werking van sensoren kan gebaseerd zijn op het maken van contact met een oppervlak of component, maar kan ook contactloos zijn. Deze zogenaamde contactloze sensoren zijn beschikbaar in uiteenlopende varianten met elk hun eigen voordelen en beperkingen. De sensoren hebben gemeen dat er geen slijtage kan optreden vanwege het contactloze karakter. Maar hoe zit het dan met de nauwkeurigheid en communicatie?

Sensoren zijn in tijden van Industrie 4.0 en voorspellend onderhoud een onmisbaar element in machines en installaties. Ze vergaren immers de informatie die nodig is om machines veilig, doelgericht en efficiënt te laten werken? Zonder sensoren is geen terugkoppeling mogelijk en zullen onderhoudsdiensten op een andere manier de onderhoudsbehoefte van hun machines in kaart moeten brengen.

Werkingsprincipe

Voor het meten van de vele grootheden is er een diversiteit aan sensoren beschikbaar die bovendien werken op basis van verschillende – veelal natuurkundige – principes. Denk hierbij aan (elektrische) geleidbaarheid, magnetisme, druk, versnelling of chemische samenstelling. Verder is er relatief eenvoudig een tweedeling te maken in non-contact- en contactsensoren.

Contactsensoren

De zogenoemde contactsensoren zijn feitelijk de traditionele sensoren die daadwerkelijk contact maken met een component of oppervlak om de gewenste waarde te kunnen meten. Veelal is de interactie tussen de sensor en het voorwerp mechanisch zoals dit voorkomt bij rekstrookjes, thermokoppels, druksensoren en sensoren die reageren op aanraking.

Een groot voordeel van dit type sensor is de hoge betrouwbaarheid van de meting. Een belangrijk nadeel is dat er juist door het contact maken slijtage optreedt waarmee de nauwkeurigheid en uiteindelijk ook betrouwbaarheid juist afnemen. Bovendien zijn niet voor alle grootheden – die juist voor de maakindustrie zo belangrijk zijn – contactsensoren beschikbaar. Bewegende objecten zijn bijvoorbeeld moeilijk te ‘pakken’ met een contactsensor en ook zijn er geen geschikte oplossingen voor het controleren van bijvoorbeeld positie, kleur, afmetingen en dergelijke in het kader van kwaliteitscontrole.

Non-contactsensoren

Door technologische ontwikkelingen zijn er in de loop van de tijd steeds meer non-contactsensoren ontwikkeld die inmiddels zeer betrouwbaar en nauwkeurig kunnen meten. Hun werking berust onder meer op bijvoorbeeld verandering van een magnetisch veld, een elektrisch veld of geluid maar veelal werken deze sensoren ook op basis van laser of maken gebruik van geavanceerde software en beeldherkenning.

Voorbeelden van non-contactsensoren

Een compleet beeld schetsen van alle bestaande non-contactsensoren is niet mogelijk. Hieronder benoemen we dan ook enkele van de non-contactsensoren die in de maakindustrie worden toegepast. 

Lasersensoren

Populair zijn lasersensoren die gebruik maken van een laserstraal om onder meer afstanden te meten, maar ook verplaatsing van producten of überhaupt aanwezigheid. Dit gebeurt bijvoorbeeld op basis van het principe ‘Time-Of-Flight’. De sensor zendt daarbij een laserbundel uit en detecteert de reflectie hiervan. De tijd die de laserbundel erover doet om terug te keren bij de sensor is een directe indicatie voor de afstand. Afhankelijk van de sensor zijn korte of juist langere afstanden te overbruggen en met verschillende nauwkeurigheden. In alle gevallen moeten de sensoren passen bij het te detecteren oppervlak omdat dit de mate van reflectie bepaalt.

Ongeacht de toepassing profiteert de gebruiker van de specifieke eigenschappen van laserlicht waaronder een hoge snelheid en nauwkeurigheid. Hiermee zijn deze sensoren onder meer in te zetten voor het detecteren van producten in geautomatiseerde lijnen. Bijvoorbeeld om aantallen te tellen, vast te stellen of ze überhaupt aanwezig zijn maar ook om stagnatie in bufferzones te voorkomen.

Tot slot zijn lasersensoren geschikt voor het uitvoeren van inspecties of kwaliteitscontroles. Verplaatsingslasers kunnen bijvoorbeeld de dikte van stalen platen meten of de vorm van een product. Afwijkingen zijn daarbij snel vast te stellen wat de mogelijkheid biedt om tijdig in te grijpen en zo te voorkomen dat verkeerde producten in de verpakking terecht komen of ongeschikte materialen worden verwerkt tijdens de productiefase.

Inductieve, capacitieve en magnetische sensoren

Sensoren die werken op basis van een (veranderend) elektrisch veld zijn de inductieve en capacitieve sensoren. De inductieve varianten genereren een hoogfrequent elektrisch veld waarin wervelstromen ontstaan wanneer een metalen voorwerp hierin terecht komt. Deze wervelstromen dempen het veld wat de sensor kan detecteren. Hoe dichter het voorwerp in de buurt van de sensor komt, hoe sterker de demping waarmee deze sensoren ook in staat zijn de afstand van het metaal tot de sensor te meten.

Capacitieve sensoren lijken op inductieve sensoren wat de werking betreft. Het verschil zit in het elektrische veld dat hier wordt opgewekt door een hoogfrequente oscillator in combinatie met een condensator. Dit veld verandert niet alleen door de aanwezigheid van metalen, maar ook door niet-geleidende stoffen.

Ook magnetische sensoren werken op basis van de verandering van een veld, alleen in dat geval een magnetisch veld. Dit veld wordt aangebracht door een permanente magneet en verandert wanneer zich een voorwerp tussen de magneet en de sensor beweegt. Ook hier zijn toepassingen te vinden in het detecteren van objecten, maar ook in bijvoorbeeld magnetische deurschakelaars in het kader van veiligheid.

Infraroodsensoren

Ook infraroodsensoren worden breed en veelvuldig toegepast. Deze sensoren zijn gevoelig voor infrarood licht dat we ook kennen als warmtestraling. In principe zendt ieder voorwerp deze straling uit en is hiermee detecteerbaar. Echt functioneel wordt het vooral wanneer er in een omgeving (grotere) temperatuurverschillen zijn die met deze sensoren visueel goed zichtbaar zijn te maken.

Infraroodsensoren zijn beschikbaar in zowel een actieve als passieve uitvoering. De actieve sensoren zenden zelf infrarood straling uit en reageren op de straling die door een voorwerp of oppervlak wordt gereflecteerd. De passieve vorm ontvangt uitsluitend infrarood straling op. In beide gevallen zijn toepassingen vooral te vinden in het detecteren van voorwerpen, het bepalen van de afstand maar bovenal voor kwaliteitsdoeleinden en onderhoud. Daarbij worden ze ingezet voor het daadwerkelijk meten van temperaturen of juist te triggeren op ongewone temperatuurverschillen.

Optische sensoren

Waar infrarood valt onder het ‘niet-zichtbare’ licht, werken optische sensoren juist met zichtbaar licht. In feite zijn het beeldcamera’s die al heel lang bekend zijn in zowel de consumentenwereld als de industrie. De grote meerwaarde zit bij optische sensoren vooral in de bijbehorende software die in staat is de opgenomen beelden te analyseren en – afhankelijk van de toepassing – op basis hiervan snel een conclusie te trekken. Zeker wanneer dit gecombineerd wordt met AI zijn er bijzondere voordelen mee te behalen.

Bijvoorbeeld bij het controleren van de kwaliteit van producten: de beeldsensoren filmen bijvoorbeeld fruit of groente en de achterliggende software categoriseert op basis van onder meer kleur, vorm en glans. Middels AI worden de beelden vergeleken met een referentie en is vast te stellen of een product wel of niet geschikt is voor verkoop.

De optische sensoren zijn ook uitstekend geschikt voor toepassing op robots die hiermee bijna letterlijk kunnen ‘zien’. Hiermee zijn ze bijvoorbeeld in te zetten voor assemblagewerk omdat ze kunnen vaststellen wat de oriëntatie is van de diverse componenten. Op basis van deze informatie zijn de robots in staat de onderdelen op de juiste manier op te pakken en in het assemblageproces te verwerken. Allerlei mechanische oplossingen waarmee onderdelen op exact dezelfde manier kunnen worden aangeboden vervallen hiermee wat het de machinebouwer een stuk makkelijker maakt.

Geluidssensoren

Naast licht- zijn ook geluidsgolven goed in te zetten voor detectiedoeleinden. Ultrasoonsensoren werken bijvoorbeeld met hoogfrequente geluidsgolven die zij uitzenden en vervolgens detecteren wanneer ze door reflectie weer terugkeren naar de sensor. Naast detectie van voorwerpen zijn deze sensoren ook in te zetten voor uiteenlopende onderhoudstoepassingen. Hierbij zenden de sensoren niet zelf een ultrasoon geluid uit, maar ontvangen deze uitsluitend. Hiermee is het onder meer mogelijk om persluchtlekkages op te sporen, maar ook om te controleren of lagers voldoende zijn gesmeerd.

Versnellingssensoren

Tot slot noemen we hier de versnellingssensoren. Ook dit is een zeer brede groep waarmee versnellingen, vibraties en ook schokken zijn te meten. Dit maakt het toepassingsbereik bijzonder groot omdat ook afgeleide grootheden hiermee zijn te detecteren. Hieronder verplaatsing, snelheid, inclinatie en hellingshoeken.

Contactloze sensoren worden in de maakindustrie voor uiteenlopende doeleinden ingezet: detectie van objecten en snelheden, het uitvoeren van kwaliteitsinspecties, het handhaven van de veiligheid en het vastleggen van data die belangrijk zijn voor condition based of voorspellend onderhoud. Daarbij zijn de sensoren standalone in te zetten of juist te integreren in een groter systeem waarbij software kan ondersteunen bij het interpreteren van de data en het trekken van conclusies. Sensoren worden op deze manier steeds slimmer en kunnen een belangrijke rol spelen in vergaand geautomatiseerde processen.

Bij de hoofdafbeelding: De SM 9000-serie bestaat uit een zelfstandige sensor SMT en ontvanger SMR. Foto: Telco