Bis zu 15.000 Teile pro Sekunde erfassen und auswerten

Berührungslose Farbsensoren des Herstellers Micro-Epsilon steigern die Produktivität und sorgen für eine konstant hohe Qualität. Die Messungen erfolgen zerstörungs- und damit auch verschleißfrei. Zudem spart der Anwender Zeit, denn die Objekte werden im laufenden Prozess mit hoher Messrate erfasst.

Mit den Sensoren von Micro-Epsilon lassen sich aber nicht nur Farben messen. Die Produkte sind auch geeignet für Intensitätsmessungen, Vollständigkeits- und Anwesenheitsprüfungen oder die Bewertung von Oberflächeneigenschaften. Die True Color Farbsensoren der Reihe Colorsensor CFO ermöglichen eine Hundert-Prozent-Kontrolle in anspruchsvollen, industriellen Messaufgaben und liefern präzise Messergebnisse. Es handelt sich dabei zudem um lichtstarke Sensoren, die auch auf dunklen Oberflächen zuverlässige Messergebnisse liefern.

Die CFO-Sensoren basieren auf einer intelligenten Auswertung der Messergebnisse. Sie arbeiten nach dem Prinzip der relativen Farbmessung. Dabei wird der ermittelte Farbwert des Targets direkt im Sensor mit einer eingelernten Referenzfarbe verglichen. Das Vergleichsergebnis bewertet der Sensor sofort mit OK beziehungsweise NOK und gibt das Ergebnis an die Steuerung aus. Erkannt werden je nach Modell bis zu 320 Farben und feinste Farbabstufungen auf Metall, Kunststoff, Glas oder Textilien. Die Reproduzierbarkeit liegt dabei unter 0,3. Somit lassen sich feinste Farbnuancen zuverlässig unterscheiden. Bei der CFO-Reihe handelt es sich daher um eine prozesssichere Lösung mit äußerst stabilen Messwerten. Ist der Vergleich von Farbwerten unterschiedlicher Sensoren für die Messaufgabe wichtig, dann lassen sich kundenspezifische Kalibrierungen vornehmen, die auch an verschiedenen Produktionsstandorten weltweit einen exakten Farbwertvergleich zulassen.

Farbsensoren der CFO-Reihe eignen sich dank ihrer hohen Messfrequenz gut für die Integration in die Linie. Die Systeme nehmen Messwerte mit bis zu 30 kHz auf. Bis zu 7500 Teile können dadurch asynchron pro Sekunde prozesssicher erkannt werden. Erfolgt eine Synchronisation mit dem Controller, lassen sich sogar bis zu 15.000 Teile pro Sekunde sicher erfassen und auswerten. Die hochgenauen True-Color-Sensoren der Reihe CFO können zudem in eine Bus-Umgebung eingebunden werden. Das ist für Profinet und Ethernet/IP entweder direkt über Modbus TCP beziehungsweise RTU oder über ein zwischengeschaltetes Gateway möglich. Soll der Sensor in eine Ethercat-Umgebung eingebunden werden, lässt sich das mit Modbus TCP und einem entsprechenden Gateway ebenfalls realisieren.

Ein besonderes Merkmal der Sensorserie ist die sogenannte Multi-Teach-Funktion. Damit lassen sich zahlreiche Farbreferenzen einer zu erkennenden Farbe als Gruppe hinterlegen, um damit unterschiedliche Abstände oder Messwinkel zu kompensieren. Anstelle einer einzelnen, starren Referenz werden verschiedene Farbnuancen eingelernt, wodurch die zu erkennende Farbe prozesssicher erkannt wird. Die Farben können manuell als Einzelwert oder automatisch über eine bestimmte Zeit eingelernt werden. Die Konfiguration der Sensoren erfolgt komfortabel und intuitiv über das integrierte Webinterface. Dazu wird der Sensor über die Ethernet-Schnittstelle mit einem PC verbunden. Über das Webinterface werden die Messwerte angezeigt und Parameter wie Belichtung oder Messfrequenz eigestellt. Darüber hinaus lassen sich Anpassungen für Farbgruppen vornehmen und Toleranzräume für jede Farbe definieren.

Farbsensoren werden in vielen Branchen eingesetzt. Die große Auswahl aus Standard-Sensoren und die Entwicklung kundenspezifischer Sensoren ab dem ersten Stück bieten bei den Produkten von Micro-Epsilon eine hohe Flexibilität. Das Unternehmen hat für nahezu jede Applikation eine abgestimmte Lösung im Programm. So werden zum Beispiel Kunststoff-Flaschen oft in verschiedenen Formen und Größen hergestellt. Dabei ist insbesondere bei Markenprodukten die Farbhomogenität wichtig. Durch unterschiedliche Flaschenformen treten abstandsabhängige Farbabweichungen auf, die vom Farbsensor kompensiert werden müssen. Wegen der Multi-Teach-Funktion, der hohen Messrate und der Farbgenauigkeit werden hier Farbsensoren der Reihe Colorsensor CFO200 eingesetzt. Mit bis zu 320 Farben in 256 Farbgruppen lassen sich verschiedene Produktionschargen und Varianten zuverlässig erkennen.

Für Detektionsaufgaben hat die Firma David Blankenaufulland Farbsensoren von Micro-Epsilon im Einsatz. Das Unternehmen entwickelt und fertigt CNC-Siebdruckmaschinen, mit denen Behälter aus Kunststoff, Textil, Keramik oder Glas bedruckt werden. Bei der automatischen Bedruckung von semitransparenten Glaskeramikflaschen muss die exakte Position für die Bedruckung festgelegt werden. In die Flaschen ist eine Prägung eingelassen, die als Referenzmarke dient.

Durch die Vertiefung ergibt sich an der Stelle der Prägung ein minimaler Farbunterschied im Vergleich zur restlichen Flaschenoberfläche, der aber durch den Colorsensor CFO erkannt wird. Auf diese Weise lässt sich exakt die Position für den Druck festlegen, der unterhalb der Prägung erfolgen muss. Für ein makelloses Druckbild ist eine genaue und reproduzierbare Positionierung extrem wichtig. Fehlt die Markierung, ist die Flasche fehlerhaft und wird ausgeschleust. Somit lässt sich gleichzeitig auch eine Gut/Schlecht-Bewertung im Rahmen einer Qualitätskontrolle durchführen.

Eine Maschine dreht die Kosmetikflasche und der Colorsensor CFO100 misst während dieser Rotation in einem Abstand unter 10 mm ständig die Oberfläche der Flasche. Die Prägung wird dadurch schnell und zuverlässig detektiert. Jetzt ist die exakte Position für die Bedruckung der Flasche festgelegt und die weiteren Prozess-Schritte können erfolgen. Der Sensor hat in dieser Anwendung Vorteile gegenüber anderen Messverfahren. Zum einen kommt er mühelos mit der semitransparenten Oberfläche klar, zum anderen prädestiniert ihn das attraktive Preis-Leistungs-Verhältnis für diese Positionsmessungen. Das Modell ist bei dieser Applikation in die Maschine integriert und ist deswegen eine optimale Lösung für einen effizienten Bedruckungsprozess.

Dank seiner schnellen Messfrequenz gibt der Sensor in der vorgesehenen Taktzeit von unter 2 s ein vollständiges IO/NIO-Signal aus. Der kleine Messfleck mit einem Durchmesser von lediglich 0,6 mm sorgt für eine zuverlässige und punktgenaue Erkennung der Prägung. Umgebungsbedingungen wie Schmutz und Temperatur im Inneren der Maschine wirken wegen der räumlichen Trennung von Messstelle und Signalverarbeitung nicht auf den Sensor ein. Der kompakte und robuste Controller lässt sich leicht in den hinteren Teil der Maschine integrieren, während die platzsparenden Lichtleiter mit Endhülse an der Messstelle positioniert werden können. Dieser Systemaufbau gewährleistet nicht nur die richtige Position für den Druck, sondern reduziert zugleich auch möglichen Ausschuss.

Eine weitere Anwendung ist die automatische Verpackung von Tabletten und Vitaminpräparaten. Dabei werden die Pillen anhand ihrer Farbe sortiert. Wegen der hohen Prüfgeschwindigkeit werden auch hier CFO-Farbsensoren eingesetzt. Aber auch beim Herstellungsprozess kommen diese Modelle zum Einsatz, denn die unterschiedliche Konzentration der Wirkstoffe beeinflusst die Tablettenfarbe. Der Farbverlauf variiert von Weiß über Beige bis Gelb. Die feinen Farbunterschiede, speziell die fein abgestuften Farbnuancen zwischen Weiß und Beige, lassen sich mit dieser Technik präzise erfassen. Über die genaue Farbmessung der Tabletten lässt sich daher prüfen, ob die Wirkstoffe in der richtigen Konzentration vorhanden sind.

In der Automobilbranche werden Anbauteile in der Regel von verschiedenen Zulieferern gefertigt. Dennoch müssen die Karossen und die lackierten Anbauteile exakt denselben Farbton aufweisen. Deshalb wird bereits bei der Herstellung der einzelnen Bauteile darauf geachtet, dass die Lackierung in der Wagenfarbe erfolgt. Die Herausforderung bei dieser Messaufgabe liegt in den unterschiedlichen Oberflächen der Bauteile und den Spiegelungen bei Glanz- und Metallic-Lacken. Zusätzlich müssen häufig Farben differenziert werden, die im Farbspektrum eng beieinanderliegen. Das ist etwa bei Parksensoren der Fall, deren Lackierungen in Blau-, Silber- und Silber-Gelb-Tönen in Nuancen unterschieden werden müssen.

Für diese präzisen Farbvergleichsmessungen sind die Farbsensoren der Colorsensor-Reihe prädestiniert, da sie die unterschiedlichen Farben prozesssicher erkennen und eine hundertprozentige Qualitätskontrolle ermöglichen. Die Sensoren werden einmalig auf die vorherrschenden Messbedingungen wie Umgebungslicht und Messabstand abgestimmt. Dazu ist ein Abgleich der Beleuchtungs-LED notwendig. Der Abgleich erfolgt auf das Target mit dem hellsten Farbton. Um auch bei glänzenden Oberflächen optimale Messverhältnisse zu erhalten, ist neben dem Controller ein Reflexsensor im Einsatz, der in einem Winkel von 25 Grad zum Messobjekt angeordnet wird. Damit wird sichergestellt, dass kontinuierlich dieselben Abstände und Winkel eingehalten werden. Der Arbeitsabstand zwischen dem Reflexsensor und dem Parksensor beträgt 10 mm bei einem Messfleckdurchmesser von rund 8 mm. Im Anschluss kann direkt eine OK- oder NOK-Bewertung über ein digitales Ausgangssignal an die Steuerung ausgegeben werden.

Untern Strich überzeugen die Farbsensoren Colorsensor CFO100 und CFO200 von Micro-Epsilon durch eine hohe Farbgenauigkeit und Reproduzierbarkeit. Die integrierte Multi-Teach-Funktion ermöglicht eine höhere Prozesssicherheit durch das Einlernen mehrerer Einzelfarben pro Farbgruppe. Insgesamt können bis zu 320 Farben in 254 Farbgruppen eingelernt werden. Mit dem Sensor lassen sich deswegen Farben zuverlässig erkennen und die Prozessraten erhöhen. Die Bedienung erfolgt intuitiv über die webbasierte Oberfläche.

MICRO-EPSILON MESSTECHNIK GmbH & Co. KG
Königbacher Straße 15
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Bild: Micro-Epsilon