Intelligente Sensorik auf der SPS Leuzes Sensorstrategie umfasst Safety, Datenfluss und KI

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Der schwäbische Sensorhersteller Leuze nutzt die SPS, um seine Technologien zu bündeln: etwa kompakte Safety-Sensorik für mobile Robotik, AutoID mit Edge-Intelligenz, Supercaps statt Akkus oder KI zur Messwertkorrektur.

Die SPS in Nürnberg liefert auch in der Sensorik das Bild einer Industrie, die mehr aus ihren Daten machen will. Mobile Robotik gewinnt Tempo, vernetzte Produktion fordert stabile Datenpfade und jede Störung fällt heute stärker ins Gewicht. Leuze greift diese Entwicklung auf: In seiner Rede auf der SPS beschreibt Leuze-CTO Dr. Henning Grönzin, warum seine Sensoren nicht länger passive Bauteile sind, sondern Knotenpunkte in einer Fabrik, die Sicherheit, Datenqualität und Verfügbarkeit bündeln müssen.

Sensoren sollen Daten in verwertbarer Form liefern, sich sicher anbinden lassen und über ihren Lebenszyklus hinweg planbar bleiben. Für Grönzin zählt, dass sich Safety, Konnektivität und Auswertelogik zu einer beherrschbaren Architektur fügen, statt zusätzliche Insellösungen aufzubauen. Er beschreibt Sensorik als strategisches Bindeglied zwischen Maschinen, Datenströmen und flexiblen Produktionsprozessen.

Deutlich wird das, wenn er über die Ausweitung der Zielindustrien spricht: Moderne Materialflüsse seien variabler geworden, Anlagen müssten sich ständig an neue Randbedingungen anpassen. Dafür brauche es Sensoren, die nicht nur detektieren, sondern verlässlich navigieren, schützen, identifizieren und Daten anreichern. "Wir arbeiten intensiv mit unseren Kunden zusammen, um deren Applikationen ganz genau zu verstehen und für sie passende Lösungen zu entwickeln", so Grönzin. Sensorik sei dann gut, wenn sie Robustheit, Datenqualität und Integrationsfähigkeit gleichzeitig liefere.

Diese Leitidee bildet den roten Faden für die vier Schwerpunkte, die Leuze auf der SPS präsentiert, von Safety-Sensorik über Auto-ID am Edge bis hin zu Energie- und KI-Themen. Sie stehen exemplarisch für die Richtung, in die Leuze seine Sensorarchitektur weiterentwickeln will: flexibler, datenorientierter und näher an den realen Produktionsprozessen.

RSL 200: Kleinste Safety-Sensorik für mobile Robotik

Der Laserscanner RSL 200 markiert den Einstieg in die Strategie. Er ist zwar keine Messeneuheit, dafür aber noch immer der kleinste seiner Art: Das Gerät passt mit seiner quadratischen Grundfläche in Maschinenbereiche, die bislang kaum Platz für Safety-LiDAR boten. Drei Meter Reichweite und ein weiter Scanwinkel decken typische Fahrprofile von AMR und FTS ab, während SIL 2 und PL die sicherheitstechnische Basis bilden. Dazu kommt die Integration: Parametriert wird per Bluetooth, USB oder Ethernet. Diagnosefunktionen helfen beim Einrichten und späteren Betrieb. Für Entwickler heißt das: weniger Bauraumdruck, klare Schnittstellen und eine Safety-Lösung, die sich zügig in Steuerung und Feldbus einfügt.

Leuze zeigte auf der SPS den Sensor in Anwendung eines AGVs, wo der RSL 200 die Augen des Geräts darstellen. "Was Reichweite, Auflösung und Kosten anbelangt, kann der Laserscanner noch immer nicht durch andere Technologien abgelöst werden", schwärmt Grönzin. Auf dem Markt könne der RSL 200 bereits einige Referenzen vorweisen und man arbeite weiter an der Optimierung von Reichweite, Auflösung, Benutzerfreundlichkeit und Robustheit.

Neben einzelnen Komponenten versucht Leuze, das Thema Safety stärker als Lösungspaket zu positionieren. Grönzin verweist auf Services, die von der Risikoanalyse über die Auslegung der Schutzeinrichtungen bis zur Validierung und CE-Kennzeichnung reichen. Für Betreiber heißt das: Der Hersteller liefert nicht nur Scanner und Sensoren, sondern übernimmt auf Wunsch auch Teile der normativen Hausarbeit. In Kombination mit Systemen wie dem sicheren Barcode-Positioniersystem FBPS 600i und den Lidar-Scannern der ROD-Serie entsteht ein Portfolio, das von der reinen Detektion bis zur kompletten Absicherung von Regalbediengeräten, Kränen und mobilen Fahrzeugen reicht.

Auto-ID wird zum Edge-Datenknoten

Mit SmartID-Edge führt Leuze den Datenstrom aus Barcode- und RFID-Erfassung zusammen und erweitert ihn um Prozessinformationen. Auto-ID meint hier die automatische Identifikation von Objekten über Codes, Transponder oder ähnliche Merkmale. Bisher wanderte jeder Scan in Richtung IT, wo er einzeln verarbeitet werden musste. SmartID-Edge ändert das Prinzip: Am Rand der Maschine entsteht ein virtueller Tag, der alle relevanten Informationen eines Objekts bündelt – Identifikation, Position, Prozessstatus, Qualitätsmerkmale und sogar herstellerspezifische Zusatzdaten.

Dieser Ansatz verschiebt die Verarbeitung dorthin, wo die Daten entstehen. OPC UA und Profinet sorgen für die Verbindung in Steuerung und übergeordnete Systeme. ERP-Anbindungen runden den Informationsfluss ab, ohne dass Rohdatenmengen die IT überfluten. Security-Funktionen schützen Firmware und Kommunikation, damit der Edge-Knoten kein Einfallstor wird.

Für Entwickler bringt das mehr Gestaltungsspielraum: Track-&-Trace wird modularer, Daten können gefiltert werden, anreichern und situationsabhängig weiterreichen. Auto-ID wird damit vom reinen Code-Leser zum vernetzten Informationsbaustein einer Automatisierungsarchitektur.

Auf dem Messestand zeigt Leuze das vorwiegend an Anwendungen aus der Intralogistik, etwa in Distributionszentren oder der Flughafenlogistik, wo viele Materialflüsse parallel laufen. Dort sollen virtuelle Tags helfen, Sendungen nicht nur zu identifizieren, sondern ihren Status über mehrere Prozessschritte hinweg mitzuschreiben.

Supercaps erhöhen die Verfügbarkeit mobiler Geräte

In der Lagerlogistik prallen zwei Welten aufeinander: Geräte, die nur einzelne Scans in größeren Abständen erledigen, und Scanner, die im Schichtbetrieb fast pausenlos laufen. Genau hier setzt Leuze mit der IT 1960 Serie an. Für Szenarien mit vielen Einzelscans nutzt das Unternehmen Supercaps als Energiespeicher. Die Kondensatoren laden innerhalb weniger Sekunden und stellen kurzfristig hohe Leistung bereit – ideal, wenn der Scanner immer wieder kurz in einer Ladeschale steht und sofort wieder einsatzbereit sein muss. Wo dagegen stundenlang am Stück gescannt wird, bleiben klassische Akkus oder kabelgebundene Geräte im Rennen.

Supercaps unterscheiden sich grundlegend von Akkus: Sie speichern Energie überwiegend elektrostatisch, nicht über chemische Reaktionen. Dadurch vertragen sie sehr viele Ladezyklen, verkraften hohe Lade- und Entladeströme und erreichen eine Lebensdauer von bis zu rund 15 Jahren. Die Kehrseite: Die Energiedichte ist geringer, für lange Dauerlast reicht ein einzelner Supercap nicht aus. Für Entwickler verschiebt sich damit die Auslegung: Ladeelektronik, Strombegrenzung und Überwachung müssen kurze, kräftige Ladespitzen beherrschen, ohne die restliche Elektronik zu stressen.

Beim Leuze-Handscanner IT 1960 macht sich das in mehreren Punkten bemerkbar. Der Verzicht auf einen Akku spart Gewicht, ein Supercap-Scanner der Serie kommt auf etwa 220 g. Das verbessert die Ergonomie im Alltag, gerade wenn Mitarbeitende viele Regale und Lagerplätze ablaufen. Gleichzeitig entfallen typische Akku-Themen wie Kapazitätsverlust über die Jahre, Temperaturempfindlichkeit oder der vorgeschriebene Batteriewechsel samt Entsorgung. Supercaps arbeiten auch bei zweistelligen Minusgraden stabil und fallen nicht unter die EU Batterieverordnung. Für Betreiber reduziert das Wartungs- und Entsorgungsaufwand und verschiebt Kosten von Batterietausch und Recycling hin zu einer einmal verbauten, weitgehend wartungsarmen Energiekomponente.

Wichtig bleibt: Supercaps ersetzen Akkus nicht grundsätzlich, sondern ergänzen sie dort, wo kurze Ladevorgänge und hohe Zyklenzahlen wichtiger sind als maximale Laufzeit. Leuze nutzt diese Nische gezielt, um Scanner für Anwendungen mit vielen Einzelscans leichter, schneller wieder einsatzbereit und über den Lebenszyklus kalkulierbarer zu machen.

KI unterstützt die Messwertkorrektur im Sensor

Optische Distanzsensoren mit Time-of-Flight-Technologie messen zuverlässig große Distanzen, reagieren kaum auf Fremdlicht und liefern kontinuierlich Werte in Echtzeit. Doch die Oberfläche des Objekts bleibt ein Knackpunkt: Helle Materialien reflektieren stärker, dunkle Oberflächen schwächen das Signal ab. Dadurch verschiebt sich der Zeitpunkt, an dem der zurückkehrende Lichtimpuls detektiert wird – und damit der berechnete Abstand. Bislang glichen Polynomfunktionen diese systematischen Fehler aus. Sie funktionieren gut, solange die Reflexionsbedingungen stabil sind. Bei stark variierenden Oberflächen stoßen sie jedoch an ihre Grenzen.

Leuze ersetzt diese statischen Modelle durch ein neuronales Netz, das aus echten Messdaten lernt. Das Netz erhält während der Produktion Rohdistanzwerte und Pulsbreiten als Eingaben und die normierten Korrekturwerte als Ziel. Es lernt daraus, wie dunkle, helle oder strukturierte Oberflächen das Signal verändern – und welche Korrektur notwendig ist, um wieder einen präzisen Distanzwert zu erhalten. Trainiert wird das Modell außerhalb des Sensors, wo ausreichend Rechenleistung bereitsteht. Der fertige Korrekturalgorithmus läuft später direkt auf dem Sensor-Controller, ohne zusätzlichen Ressourcenbedarf.

Der Aufbau des Netzes ist bewusst schlank gehalten: fünf vollständig verbundene Schichten, ReLU als Aktivierungsfunktion in den Zwischenschichten, um den Korrekturwert stabil im Bereich von –1 bis +1 zu halten. Damit bleibt die Berechnung schnell und robust. Die KI reduziert die systematischen Messfehler, also die Abhängigkeit der Messung von Oberfläche und Abstand, um mehr als die Hälfte. In Anwendungen wie Navigation, Kollisionsvermeidung, Fördertechnik oder Qualitätssicherung führt das zu stabileren Prozesswerten, auch unter schwierigen Bedingungen.

Messwerte werden damit berechenbarer, ohne dass der Nutzer mehr tun muss. Grönzin sieht darin ein Beispiel dafür, wie KI in der Automatisierung sinnvoll eingesetzt werden kann: nicht als Selbstzweck, sondern als Werkzeug zur Steigerung der Prozessqualität.

Mit dem Thema KI im Distanzsensor schließt sich der Kreis. Der ehemalige R&D-Leiter Dr. Grönzin erklärt, wie neue Methoden zunächst im Labor reifen, dann als Kalibrierverfahren in einzelne Sensorfamilien einziehen und schließlich in Anwendungen wie Navigation, Qualitätssicherung oder FTS-Betrieb wirken. In seiner Rede macht er deutlich, dass Leuze diesen Weg weitergehen will: mit Sensoren, die näher an den realen Applikationen entwickelt werden und sich in Steuerung, Edge-Systeme und Servicekonzepte einpassen lassen. (mc)

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