Transparente Objekte in 1 m Abstand optisch erkennen ohne Reflektor Viele Objekte – ein Sensor - Quality Engineering

Transparente Objekte in 1 m Abstand optisch erkennen ohne Reflektor

Viele Objekte – ein Sensor

Einer für alle: SmartReflect erkennt alle Arten von transparenten Objekten mit einem Sensor Bilder: Baumer
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Transparente Objekte stellen Automatisierungstechniker vor allem im Verpackungsbereich vor große Herausforderungen. Neue Lichtschranken mit IO-Link von Baumer machen nun die zuverlässige Detektion unterschiedlichster Arten von transparenten Objekten mit nur einem Sensor möglich – ohne Installation eines Reflektors. Es ist ein Abstand bis zu 1 m möglich.

Optoelektronische Sensoren sind die richtige Wahl, wenn es um die schnelle und punktgenaue Erkennung selbst hochtransparenter Objekte geht. Meistens kommen hier Reflexionslichtschranken zum Einsatz, welche jedoch die Verwendung eines Reflektors voraussetzen. Dieser muss nicht nur in der Konstruktion berücksichtigt werden, was bei beengten Platzverhältnissen nicht immer einfach ist. Der Reflektor muss auch regelmäßig gereinigt oder auch einmal ausgetauscht werden und führt somit zu ungewollten Stillstandszeiten.

Seit einigen Jahren gibt es deshalb Lichtschranken ohne Reflektoren auf dem Markt. Der Nachteil dieser Sensoren bestand aber bisher in der geringen Reichweite von etwas mehr als 50 cm (Objektentfernung) und dem eingeschränkten Erfassungsbereich. Zudem machte eine performante optische Erkennung verschiedene Produktvarianten für unterschiedliche Materialen bzw. Objekttypen erforderlich. Dies schränkte den Einsatzbereich ein und erhöhte die Komplexität in der Konstruktion und der Materialbewirtschaftung. Auch die immer wichtiger werdende Fertigungsflexibilität von Anlagen, um verschiedene Formate und Varianten auch in kleinsten Losgrößen mit minimaler Rüstzeit zu handhaben, ist eine Herausforderung die bisher nur schwer oder sehr teuer realisiert werden konnte.
Mit den neuen O300 und O500-Smartreflect-Transparent Sensoren bietet Baumer jetzt eine Lösung, die all dem gerecht wird. Mit einer Reichweite bis zu einem Meter und einer Ansprechzeit von 0,25 ms ermöglichen sie zuverlässig die hoch performante Erkennung transparenter Objekte ohne wartungsintensiven Reflektor. Zudem ist es möglich, durch intelligente automatische Konfiguration die verschiedensten Objektarten Flaschen, Trays und auch Folien mit nur einem Sensortyp sicher zu erkennen.
Große Reichweiten und ein möglichst kleiner Blindbereich sind für Automatisierungstechniker ein wichtiges Auswahlkriterium. Bei optischen Sensoren mit Winkelmessung (Triangulationsprinzip) wird die maximale Reichweite stark von der Baugröße, also dem Abstand zwischen dem in einem Gehäuse integrierten Sender und dem Empfänger, bestimmt. Dank des neuen Algorithmus von Baumer sind die O300– und O500-Smartreflect-Transparent Sensoren in der Lage, Reflektionswinkel und -intensität des empfangenen Lichts intelligent zu verknüpfen und somit trotz der kompakten Gehäusehöhe von nur 45 mm eine sehr hohe Reichweite von 1 m zu erzielen.
Transparente Objekte sind meist schwer vom Hintergrund zu unterscheiden. Je höher dabei die Transmission des Objekts ist – etwa sehr dünne Folien – und je näher das Objekt am Hintergrund detektiert werden soll, desto größer ist die Herausforderung für den Sensor; zumal der Hintergrund aufgrund von Verschmutzungen oder Abnutzungen variiert. Eine Möglichkeit, die Detektion robuster zu gestalten, besteht darin, die Hintergrundposition und den Erfassungsbereich deutlich zu differenzieren, das heiß den Erfassungsbereich einzuschränken.
Erfassungsbereiche sind nicht eingeschränkt
Damit erhöht sich aber auch der Bereich, in dem keine Objekterfassung möglich ist. Die Smartreflect-Transparent Sensoren von Baumer erreichen durch ihren Auswertealgorithmus eine gleichwertige Verschmutzungsunempfindlichkeit, ohne dabei den Erfassungsbereich einzuschränken. Eingeschränkte Erfassungsbereiche sind bei vergleichbaren Produkten am Markt üblich. So bieten die Smartreflect Sensoren selbst bei 1 m Reichweite einen Blindbereich von nur 15 %, also einen Erfassungsbereich von 850 mm. Das ist mehr als das Doppelte im Vergleich bisherigen Lösungen.
Für hohe Maschinengeschwindigkeiten sind perfomante und zuverlässige Sensorlösungen die entscheidende Voraussetzung. Durch den optimierten Smartreflect-Transparent-Detektions-Algorithmus, wurde die Auslesegeschwindigkeit des optischen Empfängers stark verbessert. Das Resultat ist eine Ansprechzeit von unter 0,25 ms. Bei schnellen Maschinen zur Folienproduktion (von derzeit etwa 500 m/min) bedeutet dies eine Reaktion innerhalb von 2 mm Förderstrecke. In der Flaschenförderung mit einem Durchsatz von etwa 70 000 Flaschen pro Minute (bei 2 m/s) entspricht dies 0,5 mm.
Dabei gilt es bei hohen Geschwindigkeiten und minimalen Abständen neben der Ansprechzeit noch den Strahlverlauf der Lichtquelle zu berücksichtigen. Mit der Baumer-Pinpoint-LED wird ein sehr fokussierter Strahlverlauf erreicht, der in vertikaler Ausrichtung des Sensors die zuverlässige Detektion von Objekten mit sehr kleinen Abständen ermöglicht. Dank der intelligenten Auswertung im Sensor bieten die Sensoren selbst bei starken Vibrationen, wie sie häufig in Anlagen vorkommen, höchste Zuverlässigkeit.
Depolarisationseffekte sind erkennbar
Die verschiedenen Strukturebenen von Kunststoffen und deren Herstellung weisen sehr unterschiedliche Eigenschaften auf, die sich für die optische Erkennung in Depolarisationseffekten oder Transmissionsdifferenzen niederschlagen. Die O300/O500-Smartreflect-Transparent Sensoren bieten deshalb drei Standard-Sensitivitätslevels, die eine zuverlässige Detektion der unterschiedlichen transparenten Objekte ermöglichen. Die manuelle Parametrierung der Sensoren erfolgt bequem über das einfache, sichere und verschleißfreie Einlernverfahren Qteach von Baumer. Nach dem Einlernen verriegelt sich der Sensor automatisch und bietet so höchste Prozesssicherheit.
Über die integrierte IO-Link Schnittstelle lassen sich zusätzlich noch Parameter wie zum Beispiel Ansprech- und Abfallverzögerung oder exakte Schaltpunkte für unterschiedliche Objekte automatisiert einstellen. Durch die umfangreichen Möglichkeiten der Parametrierung bietet der Smartreflect einen sehr hohen Flexibilitätsgewinn bei der Transparenterkennung. ■

Die Autoren

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Alexander Gerstner
Head of Product Marketing SE
Baumer
Markus Imbach
Senior Product Manager Sensor Solutions

Webhinweis
In diesem Video erklärt Baumer die Funktionsweise der Sensor Smartreflect Transparent Sensoren. Einfach den QR-Code einscannen oder über diesen Link gehen: https://goo.gl/LyxHN8
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