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Elektronischer Sensor ersetzt Mechanik

Artikel- und Lageerkennung bei Zuführtechnik und Kontrolle
Elektronischer Sensor ersetzt Mechanik

Konstruktionsaufwendige Mechanik durch elektronische Lösungen zu ersetzen, zahlt sich in der Regel schnell aus. Häufig ist dies auch der einzige Weg, um die Produktivität und Wirtschaftlichkeit von Anlagen zu erhöhen. Wieviel Rationalisierungspotenzial die Zuführtechnik birgt, offenbart ein neues berührungslos arbeitendes Gerät zur Artikel- und Lageerkennung, das typischerweise an Montageautomaten in Verbindung mit Schwingförderern oder Rüttelschienen zum Einsatz kommt und sogar erheblich teurere optische Lösungen ersetzen kann.

Dipl.-Ing. (FH) Volker Paroth, Technikredaktion LOGOS

An zahlreichen Fertigungseinheiten und Montageautomaten sorgen sogenannte „Schikanen“ dafür, dass nur die dafür vorgesehenen Bauteile korrekt und lagerichtig zugeführt werden. Andernfalls fallen diese zum Beispiel zurück in den Wendelförderer. Vor der zufriedenstellenden Funktion einer Schikane liegt jedoch ein zeitraubender und kostenintensiver Entwicklungsprozess, da deren Fertigung und Optimierung nur in diffiziler Handarbeit möglich sind. Dieser Vorgang wiederholt sich praktisch jedes Mal, wenn eine neue Schikane für einen weiteren Artikel oder eine veränderte Bauform benötigt wird. Den Zeitaufwand für Konstruktion und Test solcher Mechaniken kann man sich jetzt sparen.
Für die Konturenkontrolle in der Zuführtechnik oder Endkontrolle an Maschinenausgängen hat der Hersteller einen interessanten Sensor entwickelt: Der OptoSorter VOS 100 (Bild 2) sorgt zum Beispiel dafür, dass Artikel an Montageautomaten lagerichtig zugeführt werden oder nur korrekt montierte Produkte die Maschine verlassen. Der kompakte Sensor wurde speziell für die Zuführtechnik und die automatisierte Qualitätssicherung konzipiert und arbeitet unabhängig vom Umgebungslicht. Weil er die Konturen unterschiedlichster Objekte unabhängig von ihrer Farbe und Oberflächenbeschaffenheit erfasst, ist er äußerst vielseitig und eignet sich für zahlreiche Anwendungsbereiche. So kann die intelligente Einheit auch erheblich teurere Lösungen ersetzen, beispielsweise auf Basis von Zeilenkameras. Die einfache Montage und Bedienung prädestinieren den Sensor ebenso zum Nachrüsten bestehender Anlagen.
Inbetriebnahme ohne PC und Monitor
Der OptoSorter besteht aus einer intelligenten Matrix-Kamera und einer Infrarot-Beleuchtungsquelle, die einander gegenüber in den Schenkeln des gabelförmigen Sensorgehäuses angeordnet sind (Bild 1). Daher muss man Kamera und Beleuchtung bei der Montage nicht mühsam aufeinander ausrichten. Nach dem Montieren an die Maschine oder Anlage und dem elektrischen Anschluss ist das Gerät in kürzester Zeit betriebsbereit. Die Signalauswertung befindet sich komplett im Sensor. Für Betrieb und Einrichtung benötigt man weder eine separate Auswerteeinheit noch ein PC oder Monitor.
Das Einlernen der Artikel gestaltet sich für den Anwender denkbar einfach: Er betätigt nur die Teach-In-Taste des Bedienfelds und legt danach das betreffende Objekt auf das Transportmittel, so dass es durch die Gabel des OptoSorters fährt. Danach ist der Teach-In-Vorgang abgeschlossen und der Sensor funktionsbereit. Leichte Toleranzen hinsichtlich Teileform oder -lage lassen sich während des Betriebs per Tastendruck einfach „nachlernen“. Die gespeicherten Objektdaten bleiben nach Ausschalten der Betriebsspannung erhalten und stehen bei Wiederinbetriebnahme sofort zur Verfügung. Genauso schnell lässt sich der Sensor auch bei einem Produktwechsel „um-teachen“. Die so gewonnene Flexibilität bringt vor allem bei kleinen Losgrößen entscheidende Vorteile. Mechanische Schikanen an Schwingförderern oder -schienen trotz geringer Stückzahlen eigens zu entwickeln, wäre aus den genannten Gründen ungleich aufwendiger bis hin zur Unwirtschaftlichkeit.
Zehn Artikel pro Sekunde
Der OptoSorter prüft bis zu zehn Artikel pro Sekunde, wobei das intelligente Gerät die Triggersignale selbst generiert. Die Kamera löst automatisch aus, wenn der Artikel die Prüfposition erreicht hat. Die Matrixkamera arbeitet nach dem Prinzip der Progressive-Scan-Technologie, das heißt sie nimmt nur Vollbilder auf. Im Gegensatz zur verbreiteten Halbbildtechnik minimiert das Vollbildverfahren Unschärfen bei Bewegung der Objekte.
Das Auswertefenster des OptoSorters hat eine Größe von 30 x 50 mm, bei Auflösungen von vertikal 0,10 mm und horizontal 0,12 mm. Zum Erkennen eignen sich jedoch nicht nur Teile, die kleiner oder gleich groß sind wie das Auswertefenster sondern auch größere Produkte. Eine Lage- und Artikelerkennung ist grundsätzlich möglich, wenn es entsprechend markante Details für eine sichere Unterscheidung gibt. Im Strahlengang des Sensors werden nur bewegliche Elemente erfasst, somit beeinträchtigen Führungsschienen im Bildbereich die Detektion nicht, da diese auch beim Einlernvorgang vorhanden sind. Sie sollten allerdings für Infrarotlicht durchlässig oder mit Schlitzen beziehungsweise Aussparungen versehen sein. Nur so können richtig und falsch positionierte Artikel wirklich sicher unterschieden werden. Durch die Infrarotbeleuchtung hängt die Konturerkennung nicht von Fremdlichteinflüssen ab.
Teure Spezialanfertigungen ersetzen
Aufgrund dieser Eigenschaften und der hohen Funktionsintegration kann der OptoSorter auch wesentlich teurere Lösungen ersetzen. Optische Einrichtungen mit Zeilenkameras erfordern zum Beispiel das Zusammenspiel einer Reihe mechanischer und elektrischer Komponenten, die die Gesamtlösung unverhältnismäßig teuer machen. Man muss Bandgeschwindigkeit und Kamera synchronisieren, braucht entsprechende Vorrichtungen wie Drehgeber sowie Auswerteeinheiten, die die Signale logisch verknüpfen, usw. Für solche und ähnliche Anwendungen bietet sich der OptoSorter in Zukunft als preisgünstige Alternative an.
Der Sensor lässt sich in beliebiger Einbaulage montieren. M6-Gewindeeinsätze garantieren eine zügige Installation. Dabei reicht eine Befestigung an vier Punkten in den meisten Fällen aus. Markierungen an den Schenkeln des gabelförmigen Gehäuses geben die richtige Höhe zum Förderband an. Die Bildebene der Kamera ist an den Brückenseiten markiert. Die seitliche Einstelltoleranz beträgt ± 3 mm.
Der OptoSorter arbeitet an 24 VDC (± 20 %) und bei Umgebungstemperaturen zwischen 0 und 45 °C. Dank seines kompakten Aufbaus findet sich auch bei beengten Platzverhältnissen genügend Raum zur Montage. Das gabelförmige Aluminiumgehäuse in Schutzart IP 54 ist lediglich 204 mm breit, 205 mm hoch und 83 mm tief. Das Ausgangssignal steht wahlweise als Öffner- oder Schließerfunktion zur Verfügung. Ein achtpoliger M12-Steckverbinder erleichtert den elektrischen Anschluss.
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