Smarte Helfer beim Automatisieren

Die sichere Erfassung von kleinen, flachen, transparenten oder heterogenen Objekten, die an beliebiger Stelle auf einem Transportband gefördert werden, stellt in Verpackungsmaschinen eine besondere Herausforderung dar. Zur Erfassung der Vorderkante als zuverlässigem Objektmerkmal reicht eine klassische Lichtschranke aufgrund ihres punktuellen Strahlengangs in der Regel nicht aus. Dieses Problem versuchte man durch die Installation übereinander positionierter Lichtschranken oder durch ein Lichtgitter zu lösen. Das war oftmals mit einem erhöhten Platzbedarf und Verkabelungsaufwand verbunden. Der Reflex-Array-Sensor – Teil der Multitask-Lichtschrankenfamilie von Sick – löst die Aufgabenstellung platzsparend, integrationsfreundlich und detektionssicher. Die integrierte Pinpoint-LED des Reflex Array erzeugt ein Lichtband, mit dem der dejustage-sichere Sensor von der Seite Objektvorderkanten unterschiedlicher Höhe lagetolerant detektieren kann. Kommt es während des Betriebs zu einer Verschmutzung der Optik, führt der Reflex Array seine Schaltschwelle selbstständig nach und gewährleistet so eine hohe Maschinenverfügbarkeit.

Ein Objekt, ein Lichtfleck, aber kein durchgängiges und zuverlässiges Signal – dieses Problem besteht häufig bei Objekten mit Aussparungen. Bei herkömmlichen Lichttastern besteht hier die Gefahr, dass das Licht darin verschwindet – und damit die Reflexion zum Sensor. Die Folge: Der Sensor schaltet aus, obwohl das Objekt noch da ist. Ähnliches kann bei flachen Objekten auf Förderbändern passieren, z. B. Suppentüten, Gewürzmischungen für Instant-Salatdressing oder Blisterverpackungen. Die Hintergrundausblendung kann durch spiegelnde, gewölbte und transparente Bereiche „überlistet“ werden, sodass auch hier das Licht kurzzeitig verschwindet und der Lichttaster ausschaltet, obwohl z. B. eine flache glänzende Verpackung noch auf dem Band liegt. Daraus resultierende Fehlschaltungen gehören mit dem Multiline-Sensor der Vergangenheit an. Kommt ein Gegenstand in den Tastbereich des Sensors, schaltet er ein, wenn beide Linien das Objekt detektiert haben. Das Signal steht jetzt so lange an, bis beide Lichtlinien kein Objekt mehr melden. Geht zwischenzeitlich eine der beiden Lichtlinien verloren, hält die andere Lichtlinie das Sensorsignal aufrecht. Dadurch bleiben strukturierte Objekte jederzeit für den Sensor und die Maschinensteuerung sichtbar.

Sixpacks in PET-Folie oder andere in PET-Folie geschrumpfte Produkte mithilfe optoelektronischer Sensoren sicher zu erkennen, ist aufgrund der „detektionsfeindlichen“ Oberfläche der Gebinde eine echte Herausforderung. Dennoch müssen solche Verpackungseinheiten sicher erkannt werden – und das mit möglichst geringem Geräte- und Installationsaufwand. Das ist zum Beispiel mit den Multipac-Sensoren zuverlässig möglich. Sie besitzen zwei unabhängige Empfängersysteme, die seitlich der Sende-LED angeordnet sind. Diese können die kurzzeitigen Ablenkungen durch die unebene Gebindeoberfläche kompensieren, in dem immer mindestens einer der beiden Empfänger das Sendelicht auffängt.

Jedes Empfängersystem besteht aus mehreren Empfängerelementen, die eine differenzierte Signalbeurteilung erlauben. Ergänzt wird dieses Empfängerkonzept durch den Einsatz einer Pinpoint-LED, deren Sendelicht eine extrem hohe Intensität besitzt. Ausgewertet werden die Signale mit dem Sick-spezifischen Asic im Sensor; die Abstimmung der beiden Empfängersysteme erfolgt durch eine spezielle Software. Dank seiner Tastweite bis 500 mm und der Tatsache, dass der Sensor nicht in der für Standardlichttaster üblichen Vorzugsrichtung montiert werden muss, gewährt der Multipac-Sensor höchstmögliche Freiheitsgrade hinsichtlich Abstand und Einbauposition. Eine Anpassung der Montagehöhe, z. B. beim Wechsel von Gebinden mit unterschiedlichen Flaschengrößen, ist nicht erforderlich.

Zum Cluster der Multitask-Sensoren gehören auch der Deltapac sowie der Transpatect.

Patentierte Technologien wie die Energie- waage, besondere Funktionalitäten und ein hoher Bedienkomfort ermöglichen dem Deltapac-Sensor eine fehlerfreie Objektunterscheidung im lückenlosen Förderstrom von Faltschachteln oder von abgerundeten, prismatischen und runden Verpackungen. In Verpackungslinien verbannt er Verfügbarkeitsrisiken, die die mechanische Vereinzelung von Verpackungen in sich birgt. Dieses Ziehen einer Lücke war bislang erforderlich, um die Objekte mit Lichtschranken einzeln erfassen und zählen oder als anwesend melden zu können, beispielsweise zum automatischen Umsetzen der richtigen Anzahl von Verpackungen in ein Tray, zum Auftragen des Mindesthaltbarkeitsdatums oder zum Aufbringen eines Trinkhalmes. Dieser Vorgang konnte jedoch zu Kollisionen und Produktstaus durch umgefallene Verpackungen, zu falschen Ausrichtungen vor Etiketten- oder Trinkhalm-Applikatoren, zu Fehlbestückungen beim Verpackungsgruppieren und zu Mengenabweichungen auf Paletten führen. Bei der Alternative des Stoß-an-Stoß-Transports von Gebindegruppen war die Einrichtung von Verpackungspuffern zwischen zwei Maschinenteilen notwendig, um ineffiziente Leerläufe zu vermeiden.

Mit den Deltapac-Sensoren gehören diese Nachteile der Vergangenheit an: Mithilfe der von Sick entwickelten, patentierten Delta-S-Technologie erkennt der Sensor die Objekte einzeln im lückenlosen Materialstrom.

Im Sensorkonzept des Deltapac fusioniert diese intelligente Technologie, bestehend aus vier Pinpoint-2.0-LEDs und zwei hochauflösenden Energiewaagen mit jeweils zwei Empfangselementen, mit der innovativen Sick-Asic-Technologie Siric und einer integrierten Abstandsmessung zur Hintergrundausblendung. Vom Funktionsprinzip her macht sich der Deltapac die Kantenkonturen von Verpackungen und Faltschachteln zunutze. Die Lichtstrahlen von vier Pinpoint-2.0-LEDs laufen über die Objektvorderseite. In diesem Zustand empfangen die vier Empfänger der zwei Energiewaagen dieselbe Menge Licht. Es herrscht Gleichgewicht. Fährt eine Objektvorderkante in einen Lichtstrahl ein, wird dieses Gleichgewicht gestört. Wie bei einer herkömmlichen Waage gerät auch die Energiewaage in ein Ungleichgewicht, sobald sich die Menge der Lichtenergie unterschiedlich stark auf den Empfängern verteilt. Abhängig von der Objektkontur entsteht ein eindeutiges Energiesignal – und ein entsprechendes Schaltsignal wird gesendet. Auf diese Weise ist es jetzt möglich, bis zu 200 000 Verpackungen pro Stunde bei Geschwindigkeiten bis 3 m/s sicher zu erkennen.

Die Fähigkeit der Deltapac-Sensoren, Objekte von oben oder von der Seite zu erfassen, die Stoß an Stoß aneinandergereiht einen lückenlosen Endlosstrom bilden, eröffnet bei der Konstruktion von Verpackungsmaschinen neue Möglichkeiten. Auf Maschinenelemente zum Puffern und Aufstauen von Verpackungen kann ebenso verzichtet werden wie auf Separiermechaniken. Der Produktstrom wird verstetigt und die Produktion stabilisiert, da Verpackungen nicht mehr umfallen und so keine Kollisionen mehr stattfinden können. Maschinenstillstand, falsch positionierte Etiketten, Fehlbestückungen beim Verpackungsgruppieren oder Qualitätsverluste durch Crashs werden zuverlässig vermieden.

Ohne Reflektor, dafür mit vielen Vorteilen – diesen Ansatz verfolgen die Transpatect-Sensoren. Eingesetzt werden diese optoelektronischen Sensoren zum Erkennen, Zählen oder Positionieren von transparenten oder optisch kritischen Verpackungen, beispielsweise von Klarsichttrays im Einlauftunnel von Traysealern oder von transparenten Lebensmittelverpackungen wie Verpackungsschalen für Fleisch, Käse oder Obst auf Förderbändern.

In der Getränkeindustrie bewähren sich die Transpatect-Sensoren z. B. bei der Flaschenstromkontrolle im Einlauf vor Füllern. Den Anwendern aus dieser Branche war es wichtig, dass der Sensor für die beschriebene Detektionsaufgabe ohne Reflektor auskommt. Letzterer sorgte für reinigungs- und wartungsbedingte Ausfallzeiten.

Bei den Transpatect-Sensoren handelt es sich um eine Multitask-Lichtschranke mit einem Schaltabstand von bis zu 700 mm, die auch Oberflächen mit optisch verzerrenden oder ablenkenden Eigenschaften sicher detektieren kann. Um bei der Detektion transparenter Objekte auf einen Reflektor als Referenzfläche verzichten zu können, haben die Entwickler verschiedene Asic- und Auswertetechnologien in den Transpatect-Sensor integriert. Als Reflektor dient nun stabiler Maschinenhintergrund, beispielsweise eine glasperlengestrahlte Edelstahlwand oder -verkleidung.

Außerdem ist in den Sensor die Autoadapt-Technologie von Sick integriert. Sie versetzt den Transpatect in die Lage, sich bei einer Verschmutzung der Optik durch Staub oder Produktreste zeitgesteuert auf die neuen Detektionsverhältnisse einzustellen und so ein zuverlässiges Schaltverhalten – ohne längere Reinigungspausen – sicherzustellen.

Das Fehlen des Reflektors bietet den Maschinenbauern neben der erhöhten konstruktiven Freiheit im Maschinendesign weitreichende Vorteile. Es entfällt eine Komponente, die angeschafft, montiert, gewartet oder ersetzt werden muss. Die Referenzfläche, auf die die Empfindlichkeit intuitiv per Drücken der Teach-in-Taste eingelernt wird, ist in der Regel deutlich größer als ein Reflektor, sodass eine geringere Genauigkeit bei der Ausrichtung des Sensors notwendig ist. Zudem bleibt bei Vibrationen oder mechanischen Schockeinwirkungen die Ausrichtung auf den Hintergrund erhalten. Verfügbarkeit trotz Verschmutzung, keine Dejustage durch Vibrationen, eine stabile Schaltschwelle ohne Drift im Zeitverlauf – all das sind Argumente, mit denen Maschinenbauer dank des Transpatect bei ihren Endkunden punkten können.

Der Eindruck täuscht zunächst einmal nicht: Viele der von Sick entwickelten Multitask-Lichtschranken lösen Aufgabenstellungen in und rund um Verpackungsmaschinen. Weitere Sensoren dieses Clusters sind speziell für die Intralogistik konzipiert, wie z. B. die Produktfamilie Zonecontrol als Sensoren für die staudrucklose Förderung von Objekten. Oder die Reflex-Array-Sensoren – sie werden auch in fördertechnischen Anlagen eingesetzt.

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