Sehen, Fühlen, Hören und Messen: die vier Sinne der modernen Automatisierungstechnik

Sensoren für immer sensiblere Messtechnik

Bislang steuert die künstliche Simulation von drei der fünf menschlichen Sinne fast sämtliche Fertigungsschritte in einer voll automatisierten Produktion. Die Sensorik nimmt in der Weiterentwicklung von Automatisierungsprozessen eine immer zentralere Rolle ein. Denn nur was von Detektoren erfasst wird, kann ein entsprechendes Signal zur weiteren Verarbeitung oder Bearbeitung auslösen. Sensoren regulieren also die Geschwindigkeit eines Produktionsprozesses. Dabei übernehmen Sensoren auch eine Funktion, die in den Zeiten vor der Automatisierung zu den zeitaufwendigsten Prozessen in einer Fertigungskette gehörten: die Qualitäts- und Materialprüfung.

Sensoren der neuesten Generation müssen zunehmend mehr leisten, denn die Übergänge zwischen reiner Messtechnik und Steuerung eines Vorgangs werden immer fließender. Wie so oft gehört die Automobilindustrie zu den Vorreitern und zeigt uns, welche Ziele unter anderem erreicht werden sollen: das führerlose Fahrzeug. Das funktioniert nur dann, wenn Sensoren frühzeitig visuelle oder akustische Signale aufnehmen können, die dann wiederum so schnell weiterverarbeitet werden, dass ein Bremsvorgang oder Ausweichmanöver erfolgen können.

 In der industriellen Fertigung werden Sensoren vor allem im Bereich der Materiallogistik eine große Rolle spielen. Das Erfassen von physikalischen, chemischen, optischen oder thermischen Zuständen muss den digitalen Ansprüchen der Datenverarbeitung genügen, um entsprechende weitere Handlungsschritte auszulösen. Der spannende Grenzbereich, in dessen Weiterentwicklung Automatisierungsexperten das größte Potenzial für die Zukunft sehen, bewegt sich also zwischen der Sensorik, die eine Situation erfasst, und der Aktorik, die ein Signal unmittelbar in Aktion umsetzt.
 

Licht, Schall oder Druckluft – was reagiert am schnellsten?

Diese Frage ist eindeutig zu beantworten: Im Licht liegt die Zukunft. Selbstverständlich werden auch weitere Messverfahren eine große Rolle spielen. Denn längst nicht in allen Bereichen der Industrie müssen Hochgeschwindigkeitsziele verfolgt werden. Aber es gilt die einfache Formel: Je kleiner die räumlichen Dimensionen der zukünftigen Produktwelten im Zeitalter der Miniaturisierung werden, desto mehr Licht in Form von Lasern wird benötigt, um Produktionsprozesse zu steuern. In der Halbleiterindustrie ist Lasertechnologie also unverzichtbar. Überall dort, wo in immer kleinere Welten vorgedrungen wird, spielt nicht nur das Photon, sondern auch seine Geschwindigkeit eine große Rolle.

Trotzdem werden auch andere Technologien der Sensorik ihren Stellenwert behalten. Das Erfühlen von Temperaturen oder das Erfassen von Oberflächenqualitäten von Werkstoffen mittels Ultraschall wird ebenso Bestand haben wie das Abmessen von Durchlauf- oder Durchflussmengen mittels Druckluft.
 

Sensoren liefern Informationen – auch an andere Maschinen

In der Industrie 4.0 als Zukunftskonzept der modernen Automatisierungstechnik kommt der Sensorik noch eine weitere Aufgabe zu: Sie erfasst nicht nur die jeweiligen Zwischenschritte und Qualitäten in der Produktion, sondern liefert auch die entscheidenden Informationen für den intralogistischen Verkehr. Die Maschinen sollen noch intelligenter werden – und sich nicht nur auf ihr jeweiliges „Werkstück“ konzentrieren, sondern auch ihre „Roboterkollegen“ nebenan nicht aus dem Auge verlieren. Die Maschinen müssen lernen, direkt miteinander zu kommunizieren. Und Sensorikexperten und Informatiker sollen ihnen das beibringen. Die nächsten Fortschritte in der Automatisierung konzentrieren sich also weitestgehend darauf, zentrale Steuerungen durch die dezentrale Selbstorganisation von Maschinen, Transportmitteln und Robotern zu ersetzen.
 

Moderne Automatisierungstechnik: mit digitalen Sensoren vom Fließband zum Parcours

Was Sensoren zukünftig leisten müssen, ist, den gemessenen Wert so schnell wie möglich in ein digitales Signal umzuwandeln, das dann als Information für andere Aktoren zur Verfügung steht. Die beinahe schon „klassische“ Lichtschranke ist ein Beispiel für diese Unmittelbarkeit zwischen Signal und Aktion. Solche Technologien werden in der intralogistischen Organisation bereits vielfach eingesetzt. Außerdem spielen Sensoren eine große Rolle bei der Weiterentwicklung von Aktoren, die lernen, sich selbst zu überprüfen. Die moderne Automatisierungstechnik verwandelt die Werkshalle zunehmend in einen Parcours. Die beiden größten Hindernisse lauten nach wie vor: Qualität – denn die muss immer erreicht oder überboten werden. Das zweite Hindernis heißt „Verschleiß“ – der muss rechtzeitig gemeldet werden. Bevor ein ganzer Prozess zum Erliegen kommt, prüfen Sensoren also vorsichtshalber nicht nur alle Zwischenergebnisse, sondern auch die Bedingungen der Produktion selbst und melden Zustandsveränderungen rechtzeitig.
 

Fazit: Sensoren spielen die Zukunftsmusik

In der modernen Automatisierungstechnik wird man noch eine Weile warten müssen, bis sich auch elektronische Zungen und Nasen produktiv in einen Herstellungsprozess integrieren lassen. Aber die technologischen Mittel existieren bereits. Im Zeitalter der Miniaturisierung dürfte es kein großes Hindernis darstellen, Geschmacks- und Duftmoleküle von Sensoren zu erfassen und zu ermessen. Der Rest ist dann für die Automatisierungsinformatik fast buchstäblich nur noch eine Formsache. Man darf gespannt sein, wann Maschinen durch neue Sensoren noch intelligenter werden – und sie vielleicht sogar riechen können.
 

Sensoren - Produktvideos