Nach Farben erkennen und sortieren

Dr. Robert Kusche, Produktmanager für optische Sensoren, SensoPart, Wieden/Schwarzwald

Insbesondere in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie müssen Verpackungen und Produkte häufig anhand ihrer Farben erkannt und gegebenenfalls sortiert werden. Beispielsweise prüft man so, ob Verschlüsse, Deckel oder Dichtungen an Verpackungen vorhanden sind. Ebenso lässt sich durch Erkennen von Farben einfach feststellen, ob Produkte und Verpackungen mit den vorgesehenen Etiketten richtig gekennzeichnet sind. Darüber hinaus kann man mit Hilfe farbiger Druckmarken beziehungsweise Etiketten die Lage von Verpackungen und Produkten erkennen und anschließend falsch angeordnete Objekte aussortieren. Bei Folien-Umverpackungen oder Beuteln nutzt man die Farbsensorik, um das richtige Einlegen von Aufreißfäden beziehungsweise -bändern zu verifizieren.

Dazu muss man allerdings auch an bewegten Objekten Farben zuverlässig und prozesssicher erkennen. Manuell ist das unwirtschaftlich und wegen der hohen Konzentration bei schnellen Bewegungsabläufen für das Personal unzumutbar. Deshalb hat man das Erkennen von Farben weitgehend mit Sensoren automatisiert. Bisherige Farbsensoren haben allerdings einige Nachteile. Sie sind aufwändig, teuer und benötigen einen relativ großen Einbauraum. Sie müssen sorgfältig installiert und justiert werden. Nur dann erkennen sie zuverlässig die programmierten Farben. Durch die übliche Arbeitsweise mit drei überlagerten Grundfarben sind sie empfindlich gegen unterschiedliche Annäherungsrichtungen und Entfernungen der zu erkennenden Farbflächen. Vibrationen und schräge Flächen, beispielsweise durch Verschieben oder Kippen der überwachten Objekte bereiten große Schwierigkeiten. Fehlmessungen verursachen aber manuelle Nacharbeit und zusätzlichen Aufwand.

Wesentlich günstiger arbeiten die Farbsensoren FT 50 C. Sie senden gepulstes Weißlicht aus. Dies bietet für das sichere Erkennen von Farben zahlreiche Vorteile. Das weiße Licht ist homogen. Deshalb erkennt der Sensor unabhängig von der Annäherungsrichtung der Farbflächen sicher und zuverlässig die programmierten Farben. Dies ist in einem Arbeitsbereich von ± 6 mm gewährleistet. So erkennt der Farbsensor zuverlässig auch bewegte und vibrierende Objekte. Das erhöht wesentlich die Prozesssicherheit beim Erkennen von Farben. Darüber hinaus lässt sich der Sensor mit dem sichtbaren, 4 mm im Durchmesser messenden Lichtfleck einfach und problemlos auf die zu erkennenden Farbflächen justieren.

Das gepulste Weißlicht ist weitgehend unempfindlich gegen Fremdlicht. Die Lichtquelle und die erforderliche Elektronik benötigen nur wenig Platz. Deshalb ist der Farbsensor FT 50 C wesentlich kleiner als bisher übliche. Sein Gehäuse misst nur 50 x 50 x 17 mm. Das ermöglicht den Einbau von Farbsensoren an Maschinen, an denen nur kleine Einbauräume zur Verfügung stehen. Darüber hinaus ist dieser Farbsensor wesentlich kostengünstiger als bisherige. So ermöglicht er eine professionelle Farbsensorik erstmals auch bei Anwendungen, deren Realisierung vornehmlich von minimalen Kosten abhängt.

Die zu erkennenden Farbflächen müssen innerhalb des Arbeitsabstands von 12-32 mm positioniert werden. Programmiert wird dann im Teach-In-Betrieb über nur zwei Tasten. Um eine Farbe einzulehren, reichen beispielsweise drei Tastendrucke auf eine Taste aus. Sieben Leuchtdioden auf dem Bedienfeld zeigen eindeutig und übersichtlich den jeweiligen Programmier- beziehungsweise Betriebsmodus. Der Farbsensor identifiziert parallel bis zu drei unterschiedliche Farben. Für jede der eingelehrten Farben lassen sich zusätzlich in fünf Stufen Farbtoleranzen einstellen. Auch dies wird innerhalb weniger Sekunden im Teach-In programmiert. Dann erkennt der Farbsensor sicher und zuverlässig auch Objekte, deren Farben in einem bestimmten Bereich um die Grundfarbe variieren.

Darüber hinaus ist auch ein Einscannen umfassender Farbverläufe möglich. In diesem Betriebsmodus erkennt der Farbsensor zuverlässig beispielsweise auch farblich aufwändig gestaltete Etiketten oder Verpackungen. So lassen sich auch mit Bildern und Logos bedruckte Verpackungen zuverlässig erfassen und die Farb-Informationen zum Beispiel zum automatischen Sortieren oder Orientieren der Lage nutzen.

Automatisierte Verpackungs- und Sortiermaschinen realisieren hohe Taktraten. Nur so arbeiten sie wirtschaftlich und produktiv. Übergeordnete Steuerungen wie SPS steuern und überwachen die raschen Bewegungsabläufe. Über drei Signal- beziehungsweise Steuerleitungen werden die Farbsensoren daran angeschlossen.

Schwierigkeiten bereiten in automatisierten, hoch produktiven Anlagen die kurzen Zeitspannen zum Erfassen von Farben. Es stehen nur sehr kurze Zeitspannen zur Verfügung. Der Farbsensor FT 50 C bewältigt dies durch seine Schaltrate bis 500 Hz. Soll er dabei farblich aufwändig gestaltete Verpackungen oder Produkte erfassen, muss man Fehlmessungen weitgehend ausschließen. Dies gelingt mit der externen Trigger-Funktion. Damit erfasst der Farbsensor nach dem Schalten des Triggersignals nur die jeweils zu prüfende Farbfläche. Dies sorgt für hohe Prozessicherheit auch bei rasch bewegten Objekten.

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