04.07.2023
Inovace se setkávají s miniaturizací
V kompetenčním centru v Neubibergu u Mnichova navrhuje společnost Balluff v týmové spolupráci se zákazníky vysoce přesné inteligentní optoelektronické měřicí systémy pro širokou škálu aplikací IIoT.
Rok 1989 byl rokem nových začátků a radikálních změn. Společnost Sensor Technologie München GmbH (STM) z Neubibergu u Mnichova byla založena na univerzitě Spolkových ozbrojených sil jako "spin-off", který nabízel technologii optoelektronických senzorů extrémně malých rozměrů. V té době nic takového neexistovalo. Extrémně malé v tomto případě znamenaly LED čipy s délkou hrany pouhých 0,3 až 0,4 mm v malých pouzdrech o průměru 2 mm nebo šroubových spojích M3. Společně s profesorem Hansem-Dieterem Ließem vyvinul Edgar Melzner technologii, při níž jsou LED diody a fotodiody z řezaných destiček umístěny na speciálních nosičích spolu s pouzdrem. Patentovaným postupem se na něj přímo odlévá čočka z optické epoxidové pryskyřice - a speciální senzory byly připraveny. Tento postup, který byl od té doby dále rozvíjen, způsobuje na trhu senzaci dodnes.
Od partnerství při vývoji až po integraci
Společnost STM a jejích 50 zaměstnanců byla nakonec v roce 2014 integrována do skupiny Balluff Group, a to kvůli jedinečnému produktovému portfoliu. Již předtím obě společnosti spolupracovaly v rámci vývojového partnerství. Na konci roku 2020 pak zakladatel Edgar Melzner po velmi úspěšných letech růstu odešel do důchodu z pozice ředitele závodu. Jeho nástupce, Dr. Michael Greif, důsledně rozvíjí závod jako centrum excelence. Mezitím více než 100 zaměstnanců vyrábí optické senzory na míru i standardní optické produkty pro nejrůznější průmyslové aplikace. Dr. Michael Greif se věnuje cíli strukturálně přizpůsobit místo silnému růstu a zároveň udržet inovační sílu. Proto i dnes z našeho kompetenčního centra v Mnichově tryská mnoho nových produktových nápadů.
Stejně tak se Balluff Mnichov soustředí na další rozvoj některých technologií v rámci skupiny Balluff. Díky dlouholetým zkušenostem a vývoji orientovanému na zákazníka toto místo ideálně doplňuje výrobní a logistickou síť, rozvíjí inovativní řešení a podporuje zavádění nových produktů.
Vedoucí pracoviště Dr. Michael Greif důsledně rozvíjí Balluff Mnichov jako centrum excelence.
Vývojový inženýr s vášní
Dr. Florian Furtmayr, vedoucí vývojového oddělení, shrnuje zvláštnost procesu: "Nezačínáme s hotovými LED moduly, ale skutečně s čipy vyrobenými z řezaných waferů, které nakupujeme. Návrh a výrobu na míru provádíme zcela ve vlastní režii." To zahrnuje i potřebné zesilovací jednotky, a to v různých technologických generacích. Dr. Florian Furtmayr je vášnivým fyzikem a miluje nové výzvy. Vysoká úroveň vývoje a hloubka výroby v mnichovském závodě Balluff mu to umožňuje.
Zobrazení výrobního stroje během procesu zapouzdřování čoček pro výrobu LED.
Modulární princip pro větší svobodu výběru
Modulární princip zajišťuje, že senzorové hlavy lze libovolně kombinovat s dalšími technologickými moduly. Díky variabilní optice si zákazník může zvolit světelný zdroj podle svého přání. "Například červené světlo v rozsahu 650 nm nebo v blízké infračervené oblasti 1480 nebo 1550 nm. Poslední dvě jmenované vlnové délky jsou absorbovány vodou, takže lze snadno provádět měření kapalin.
To je velmi zajímavé pro naše zákazníky z oblasti laboratorní automatizace nebo farmaceutického průmyslu. Ti musí analyzovat vodná média, například krev. Naše technologie optosenzorů na míru se k tomu výborně hodí," říká vedoucí pracoviště Dr. Michael Greif. Fyzik s doktorátem ví, o čem mluví, protože se záludnými otázkami optiky intenzivně zabýval již během své disertační práce. Na mnichovském pracovišti pracuje již osm let a má mnoho tvůrčích nápadů.
Velký konfigurační prostor
Kromě optické hlavy potřebujete zesilovač nebo vyhodnocovací jednotku. Jedná se o samostatný systém, který komunikuje prostřednictvím řídicí jednotky nebo IO-Link s backendem pro vizualizaci výsledků. "V podstatě nabízíme zákazníkovi velký konfigurační prostor, který se skládá z výkonu a polohy čipu, geometrie objektivu, konstrukce zesilovací jednotky a pouzdra v kombinaci s požadovanou délkou kabelu," vysvětluje fyzik.
Pozorně naslouchejte a vyvozujte obratné závěry
Společná práce na projektu je ukončena až tehdy, když zákazník získá řešení, které přesně odpovídá jeho požadavkům. "To obvykle zahrnuje otázky týkající se geometrie aplikace: Jedná se o geometrii s odrazem nebo s procházejícím světlem? A jaká vlnová délka světla by měla být použita? Ústřední roli při řešení měřicí úlohy hraje také typ zpracování signálu," dodává vedoucí pracoviště.
"Na rychlosti záleží" je leitmotivem na pracovišti
Moderní simulační metody, jako je ray tracing a vyhodnocování světelných bodů v reálném čase, pomáhají vývojovým týmům urychlit proces návrhu. Díky využití 3D tisku při vývoji prototypů lze první výsledky projednat se zákazníky již po několika dnech, nikoliv po měsících. V laboratoři se znovu vytvoří konfigurace zákazníka, aby se vysledovala nejlepší kombinace vysílače a přijímače. V závislosti na požadavcích se doporučí optimální nastavení zesilovače nebo se dokonce vyvinou zesilovače na míru.
Přibližně polovinu z přibližně 230 různých senzorových hlavic, které pocházejí z vývoje společnosti Balluff Mnichov a jsou vyráběny na vlastních, vysoce specializovaných strojích, lze zakoupit jako katalogové zboží prostřednictvím internetového obchodu společnosti Balluff. Zbytek jsou řešení na míru. A poptávka po nich v posledních letech skokově vzrostla. Proto bylo pro tento takzvaný Customer Defined Engineering (CDE) zřízeno speciální obchodní oddělení, které velmi cíleně oslovuje potenciální zákazníky a odborně si vyměňuje informace o jejich problémech. Např: Pokud jsou požadovány vlastnosti, jako je odolnost proti vakuu, pak je vhodným materiálem pro pouzdro PEEK. Nebo by to mělo být spíše pouzdro z teflonu? "Stále se pohybujeme v oblasti konfliktu mezi CDE a standardním produktem," říká manažerka produktového klastru "Fotoelektrické senzory" Christiane Maierová, která jako výrazná analytička přes všechny ohledy na "zákazníka na prvním místě" vždy sleduje obchod.
Moderní simulační metody, jako je ray tracing, urychlují vývojovým týmům proces návrhu.
Klastr produktů optoelektroniky Balluff
Ve společnosti Balluff existují dvě pracoviště, která vyvíjejí optoelektronické miniaturní senzory nejvyšší přesnosti ("Produktový klastr Fotoelektrické senzory"): Neuhausen v sídle společnosti a Neubiberg u Mnichova. Produktový manažer poskytuje několik vodítek: "Ústředními přednostmi mnichovské lokality jsou myšlení v krátkém cyklu a agilní, na zákazníka orientované vývojové metody. Ideální kombinace výrobní sítě s pobočkami v Čcheng-tu a Veszprému a v budoucnu i v Aquascalientes s jejich procesy zaměřenými na velkosériové třídy výrobků a detailní práce na míru zákazníkům v kompetenčních centrech, například v Neuhausenu nebo v Neubibergu, tvoří silnou stránku společnosti Balluff."