Mit hochauflösendem Lichtgitter
Sensorgehäuse sicher identifizieren

Mit hochauflösendem Lichtgitter Sensorgehäuse sicher identifizieren
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Mit der neuen halbautomatischen Montageanlage werden Induktivsensoren von unterschiedlicher Baugröße gefertigt.
22.05.2015 | Autark arbeitendes Lichtband sichert Qualität bei der Sensormontage. Sowohl in der Fertigung als auch bei der Montage oder im Rahmen der Qualitätskontrolle müssen unterschiedliche Objekte häufig anhand teilweise minimaler Größen- oder Höhenunterschiede identifiziert und verglichen werden.

Optische und damit berührungslose Verfahren sind hier vielfach das Mittel der Wahl, obwohl ihr Handling eher aufwändig ist. Dass es auch anders geht, zeigt der Sondermaschinenbauer Müko aus Weinstadt-Beutelsbach, in der Nähe von Stuttgart, an einer halb automatischen Montageanlage für induktive Sensoren. Er setzt dort bei der optischen Objekterkennung ganz auf die Vorteile eines neuen, innovativen Lichtbands. Dieser Sensor überprüft bei der Vormontage, ob zum vorgewählten Sensortyp das richtige Sensorgehäuse eingelegt wurde.

Das hochauflösende Lichtband BLA (Light Array) des Sensorspezialisten Balluff mit einer Breite von 50 mm und einer Reichweite von bis zu 2 Metern besteht aus einem Sender mit einem leistungsstarken Rotlichtlaser sowie einem Empfänger und arbeitet vollkommen autark, also ohne weiteres Zubehör wie PC oder spezieller Software.
 
Beide Komponenten sind jeweils in einem robusten Metallgehäuse untergebracht und mit Abmessungen von 100 mm x 113 mm x 26 mm relativ kompakt und damit einfach in Anlagen zu integrieren. Mit der Schutzart IP65 sind sie optimal für den industriellen Einsatz gerüstet, Sender und Empfänger sind durch eine widerstandsfähige und reflexionsfreie Glasscheibe geschützt.
 
"Mit nur einem einzigen Gerät können wir erstmals die ganze Vielfalt der zu erkennenden Komponenten abdecken und prüfen", so Uwe Müller, Geschäftsführer für komplexe Montage- und Prüfanlagen bei Müko. "Dies ist wichtig, da mit der neuen Anlage ein großes Spektrum unterschiedlicher induktiver Sensoren zu fertigen ist. Es muss schon bei der Vormontage sichergestellt sein, dass bei der chargenweisen Fertigung für jeden Sensortyp das richtige Gehäuse Verwendung findet. Die Gehäusedurchmesser differieren nur geringfügig, Unterschiede sind mit dem menschlichen Auge kaum festzustellen, deshalb haben wir diesen Prozess automatisiert. Das hochauflösende Lichtband BLA garantiert uns die fehlerfreie Montage der verschiedenen Sensortypen."
 
Die Abläufe
 
Der Fertigungsprozess beginnt, indem der Werker an der ersten Station manuell die Einzelteile für den zu montierenden Sensor einlegt. Dann drückt er die Star -Taste und das Balluff Light Array prüft, ob die korrekten Teile vorliegen. Dazu wird der Durchmesser des Rohres und des Steckeransatzes erfasst und an die übergeordnete Steuerung weitergeben. Erst, wenn die gemessenen Dimensionen zu dem vom Werker vorgewählten Sensortyp passen, erfolgt die Freigabe für den Fügeprozess mit seinen genau definierten Kräften und Wegstrecken. Liegt eine Verwechslung oder eine Störung vor, so wird dies signalisiert, der Werker quittiert und entfernt das fehlerhafte Teil. Danach wird die Anlage automatisch für einen neunen Fertigungsablauf freigegeben.
 
Ist der Fügeprozess abgeschlossen, entnimmt der Werker von Hand das fertige Teil und setzt es in einen Werkstückträger (WT) ein. Sobald dieser mit vier Induktivsensoren voll bestückt ist, wandern die Sensoren in der verketteten Anlage in die nachfolgende Ausschäumstation. Dort wird eine genau definierte Menge der Ausschäummasse in jedes Gehäuse injiziert,.bevor die Sensoren zum Aushärten des Polymers in vorgegebener Zeit einen Wärmtunnel passieren. Jeweils 8 Sensoren kommen dann zur Endkontrolle und werden anschließend in Blisterpackungen versandfertig gemacht.

Funktionsweise des Lichtbande

Funktionsweise des Lichtbande
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Position des Sensorgehäuses im Lichtband während der Vormontage
Undurchsichtige Objekte wie die Sensorgehäuse wirken abschattend auf das Lichtfeld des Light Arrays, was die hochauflösende CCD-Zeile des Empfängers mit hoher Präzision und Auflösung zuverlässig erkennt. Dies ist die Voraussetzung, um die geringen Gehäuseunterschiede präzise unterscheiden zu können. Selbst bei einer maximalen Distanz von zwei Metern bietet das Lichtband eine Auflösung besser als 0,1mm.. Somit lassen sich auch sehr kleine Objekte einwandfrei detektieren. Dies funktioniert nur deshalb, weil das Lichtband ein absolut homogenes Lichtfeld mit überall gleicher Intensität bietet. Erreicht haben dies die Konstrukteure des BLA durch das "Auffächern" des Laserlichts über ein Prisma.
 
Der besondere Clou: Mit dem Lichtband lässt sich nicht nur die Dicke, sondern gleichzeitig auch die Position eines Objektes erfassen. Das wird von Müko zwar bei dieser Applikation nicht benötigt, ist aber für andere Fragestellungen interessant, etwa wenn es darum geht, die Position eines durch das Beobachtungsfeldes laufenden Drahtes zu erfassen. Und ein weiterer Vorteil: Das Lichtband arbeitet völlig autark und liefert fertige Detektionsergebnisse ohne weiteres Zubehör. Damit entfällt der sonst erforderliche Datenaustausch mit weiteren Komponenten oder Geräten, was nicht nur den Traffic auf der Datenleitung minimiert, sondern gleichzeitig auch die Steuerung entlastet.
 
Komfortable Bedienung
 
"Ein großes Plus ist die hohe Funktionalität des Gerätes, die sich zeitsparend bei Inbetriebnahme und Bedienung auswirkt", schildert Uwe Müller von Müko. "Wir können alle Einstellungen direkt am Gerät vornehmen. Es ist dafür weder ein Laptop noch ein Programmiergerät erforderlich."
 
Sender und Empfänger sind über das grafische Live-Bild der im Empfänger integrierten Multifunktionsanzeige einfach und schnell auszurichten. Der Anwender kann zwischen unterschiedlichen Erkennungsmodi wählen und die Toleranzlevel an die eigene Applikation anpassen. Per Tastendruck lassen sich unterschiedliche Objekte einlernen und den drei binärcodierten Digitalausgängen zuordnen. Zusätzlich stellt das Lichtband zwei Analogausgänge zur Verfügung, deren Signale sich vielfältig verwenden lassen. Müko nutzt einen, um die Messwerte der Größenmessung an die Steuerung auszugeben. Sie lassen sich unabhängig voneinander konfigurieren und zwischen „steigend“ oder „fallend“ umschalten, wobei die Messwerte in Millimetern direkt am Display angezeigt werden. Eine Variante mit IO-Link-Schnittstelle ist zukünftig ebenfalls verfügbar.
 
Besonders erfreulich: Der Anwender kann das Display der Einbausituation anpassen, indem er die Darstellung bei Bedarf um 180° dreht. Dabei ist stets eine gute Ablesbarkeit gegeben, denn auch der Kontrast lässt sich entsprechend den aktuellen Lichtverhältnissen am Einsatzort variieren.
 
Ein weiteres wichtiges Feature ist das "Blanking". Mit dieser Funktion lassen sich störende Objekte im Messfeld bei Bedarf ausblenden. Dazu genügen ebenfalls wenige Eingaben am Display. Das Lichtband ignoriert dann z.B. Einbauten oder Objekthalterungen. Erkannt wird dann beispielsweise nur das zu prüfende Sensorgehäuse, nicht aber seine Halterung oder ein anderes Maschinenteil, das aufgrund der Einbausituation ins Messfeld ragt. Den vom Sensor auszublendenden Bereich definiert der Anwender beidseitig in 0,1-mm-Schritten. Alternativ kann der auszublendende Bereich auch automatisch bei der Erstinbetriebnahme eingelernt werden; das beschleunigt die Installation und vermeidet langwieriges Nachjustieren.

Resümee des Anwenders

Resümee des Anwenders
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Das Müko-Team bietet komplexe Montage- und Prüfanlagen aus einer Hand
"Gerade wenn man mehrere unterschiedliche Objekte sicher identifizieren will, ist das Lichtband eine elegante Lösung. Wäre dies ein Test, würden wir gerne die Höchstpunktzahl 100 vergeben", fasst Uwe Müller zusammen. "Jedes alternative Verfahren, wie etwa die Objekterkennung mittels Lichtschranken hätte den Einbau mehrerer unterschiedlicher Komponenten und damit nicht nur mehr Platz erfordert, sondern auch den Aufwand für Justage und Installation in die Höhe getrieben. Hinzu kommt auch ein Plus an Flexibilität, denn der Anwender kann die Lösung jederzeit nach oben skalieren und weitere neue Produktvarianten fertigen, ohne dass zusätzliche Kosten entstehen. Er muss dazu lediglich die wichtigen Kennwerte wie Gehäusedurchmesser und Schaltabstand in der Steuerung hinterlegen."

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