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Ethercat-Encoder zählen richtig

Serialisierung von Pharmaprodukten mittels Absolut-Singleturn-Encoder
Ethercat-Encoder zählen richtig

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Innerhalb seines Maschinen- und Software-Portfolios Track & Trace bietet der Produktbereich Pharma von Bosch Packaging Technology intelligente Komplettlösungen für die Verpackung, die Serialisierung und den Tamper-Evident-Originalitätsschutz von Pharmaprodukten. Absolut-Encoder von Sick mit Ethercat-Schnittstelle stellen im Verpackungs- und Kennzeichnungsprozess die eindeutige Zuordnung von Seriennummern und Produkten sowie einen optimalen Etikettierablauf sicher.

Jörg Spiegelhalter, Produktmanager Encoder in der Division Motion Control Sensors der Sick Stegmann GmbH in Donaueschingen, und Jan Schiffer, Key Account Manager Com-mercial Goods bei der Sick Vertriebs-GmbH in Düsseldorf www.sick.de

Der AFS60 Ethercat von Sick ist ein frei programmierbarer Absolut-Singleturn-Encoder, mit dem eine maximale Genauigkeit beim Positionieren z.B. von Faltschachteln für pharmazeutische Produkte erreicht werden kann. Präzision bei der Wegmessung und Positionserfassung war für Bosch Packaging Technology aber nur ein Aspekt für den Einsatz des AFS60 in der Maschinenbaureihe CPS – der andere war die integrationsfreundliche Ethercat-Schnittstelle des Encoders, die eine sehr schnelle Übertragung der Encoderdaten an die Maschinensteuerung sicherstellt.
Als einer der führenden Anbieter von Prozesstechnologien und Verpackungslösungen bietet der Produktbereich Pharma von Bosch Technology in Waiblingen umfassende Kompetenz rund um die Serialisierung und den Originalitätsschutz sowie die geeigneten Komplettlösungen. Im Rahmen des weitgefassten Begriffs Track & Trace spezialisiert sich das Unternehmen auf die Themen Bedruckung, Verifikation, Wiegen, Etikettieren und das so genannte Tamper Evident, d. h. das Aufbringen von Sicherheitsetiketten. Mit der Baureihe CPS bietet Bosch Packaging Technologies den Kunden modular kombinierbare Bedruckungs- und Verifizierungslösungen, auf denen pro Minute bis zu 300 Faltschachteln verarbeitet werden können.
Datensicherheit bedeutet Prozesssicherheit
Eine prozesssichere Funktion der Kennzeichnungs-, Serialisierungs- und Tamper-Evident-Module hat daher Priorität. „Da für das gesamte Track & Trace die Qualität der Daten entscheidend ist, müssen auch die Sensoren, die viele der Daten für die CPS-Steuerung liefern, besonderen Anforderungen entsprechen“, erklärt Daniel Sanwald, Produktmanager Track & Trace bei Bosch Packaging Technologies: „Eine Serialisierung beispielsweise bedeutet eine eindeutige Kennzeichnung, bei der keine Nummer doppelt auftreten und keine Lücke in der Nummernfolge vorhanden sein darf. Dabei dürfen keine Fehler auftreten.“ Genau dieser Herausforderung sah man sich bei Bosch Packaging bei der automatischen Applizierung von Serialisierungs- und Sicherheitsetiketten gegenüber. Im CPS-Etikettiermodul bestand die Aufgabe zum einen darin, jede Faltschachtel einzeln zu erfassen, um alle Schachteln lückenlos mit einer fortlaufenden, individuellen Seriennummer zu kennzeichnen.
Applizieren mit höchster Präzision
Im Etikettier- wie auch im folgenden Tamper-Evident-Modul muss zudem über die Länge der Faltschachtel die exakte Position für das Aufbringen der Etiketten ermittelt werden. Hier ist höchste Präzision gefragt. „Die Sicherheitsetiketten haben eine Perforation, die sich exakt über der Einschubstelle der Öffnungslasche in die Faltschachtel befinden muss. Da geht es um Bruchteile von Millimetern“, beschreibt Daniel Sanwald die Bedeutung der perfekten Positionierung des Tamper-Evident-Etikettes. Aber auch das Aufbringen des Serialisierungs-Etikettes erfordert Präzision. Hierzu muss ebenfalls die Länge der Faltschachtel sehr genau erfasst werden, um das Applizieren in einer exakten Position zu gewährleisten. In beiden CPS-Modulen liefern Absolut-Encoder AFS60 Ethercat von Sick die erforderlichen Positionswerte.
Der Absolut-Encoder AFS60 Ethercat ist frei programmierbar, die Auflösung ist unabhängig von der Betriebsdrehzahl – wodurch ohne Einschränkungen auch bei einer maximalen Drehzahl eine maximale Auflösung erreicht werden kann. Schutzart IP65 bzw. IP67, der von -30 bis +85 °C reichende Temperaturbereich, die Codescheibe aus Nickel sowie der vergrößerte Kugellagerabstand zur Minimierung von Vibrationen sorgen für die Robustheit. Mit seiner integrierten Feldbusschnittstelle wird der AFS60 Ethercat der Entwicklung im Maschinenbau hin zu Ethernet-basierte Feldbussystemen gerecht, von denen sich Hersteller und Integratoren u. a. von Verpackungsmaschinen, Handlingssystemen oder Produktionsmaschinen eine verbesserte Performance erwarten. Aus deren Sicht vereinfacht z. B. die Ethercat-Schnittstelle die IT-Einbindung des AFS60 und die Inbetriebnahme der Maschine. Was bei Bosch Packaging ebenfalls für den Ethercat-Encoder sprach, war die hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit, die unerlässlich ist für die hochpräzise Positionserfassung der Faltschachteln im Etikettier- wie auch im Tamper-Evident-Modul.
Etikettieren mit präzisen Positionsinformationen
Vor dem Aufbringen des Serialisierungs-Etikettes wird die Messung der Produktlänge durch das Triggersignal eines Lichttasters WTB4-3 von Sick gestartet. Der AFS60 Ethercat nimmt jetzt eine hochgenaue Wegmessung vor und überträgt die ermittelten Daten an die Steuerung des Etikettierers. Mit der Weg- bzw. der daraus abgeleiteten Längeninformation kann das Etikett jetzt auf den Bruchteil eines Millimeters genau appliziert werden. Gleichzeitig gewährleistet die Encodermessung die Eindeutigkeit der Verpackung – es treten keine doppelten Triggersignale auf, die eine Nummernvergabe auslösen, ohne dass dafür eine Verpackung im Etikettierer bereitsteht. Auch im Tamper-Evident-Modul erreicht Bosch Packaging mit dem AFS60 Ethercat eine signifikante Verbesserung der Genauigkeit beim Positionieren und Applizieren: Die Perforation des Sicherheitsetikettes befindet sich nach dem Aufbringen genau da, wo sie einen nicht manipulierbaren Originalitätsschutz gewährleistet. „In beiden Anwendungen kommt ein weiterer Vorteil hinzu“, erklärt Daniel Sanwald. „Da der Encoder Absolutwerte misst und überträgt, weiß das jeweilige Modul, an welcher Position es sich vor einem Prozessstopp zuletzt befunden hat. Dadurch kann die Maschine ohne Referenzfahrt sofort wieder anlaufen. Zudem vermeidet der Anwender Produktverluste, die beim Referenzieren in der Regel entstehen.“ Neben dem AFS60 Ethercat kommt im Tamper Evident-Modul ein Encoder vom Typ DFS60 mit inkrementaler Schnittstelle zum Einsatz. Dies ist erforderlich, weil aktuell einzelne Komponenten der Anlage – in diesem Fall die Zulieferkomponente Etikettierer – für die Geschwindigkeitsmessung noch keine Ethercat-Schnittstelle haben.
Sichere Serialisierung mit Sensorik
Der Absolut-Encoder AFS60 Ethercat ist einer von vielen Sensoren des Herstellers, auf die Bosch Packaging Technology für seine Faltschachtel- und Bedruckungssysteme CPS zurückgreift. Ebenfalls im Einsatz sind Codeleser Lector620 Professional für die Druckkontrolle. „Hier hat Sick speziell für uns eine zu unserem Software-Konzept passende OPC-UA-Schnittstelle umgesetzt“, zeigt sich Daniel Sanwald erfreut vom Service und der Flexibilität des Anbieters. Mit Handscannern der Produktfamilie IDM160 kann der Maschinenbediener Bedruckungsvorgaben einlesen und gekennzeichnete und entnommene Schachteln aus dem Serialisierungs-Nummernkreis austragen. Ultraschall-Gabelsensoren UFnext gewährleisten die sichere Detektion der transparenten Tamper-Evident-Etiketten. Lichttaster WTB4-3 werden in den Modulen zur Aus- bzw. Einlaufkontrolle sowie zur Prozesstriggerung eingesetzt. Initiatoren der Produktfamilie IME08 positionieren den Tänzer beim Abspulen der Etiketten. „Gemeinsam entwickelt haben wir zudem einen Spezialsensor, mit der wir sicherstellen können, dass das durchsichtige Sicherheitsetikett korrekt appliziert wurde“, sagt Daniel Sanwald. „Es muss sowohl fest an der Einschublasche als auch an der Verpackungsunterseite angebracht sein, damit diese Versiegelung zuverlässig den Originalitätsschutz der Faltschachtel sicherstellt.“ ge

INFO-TIPP
Ethercat ist ein schnelles Industrial-Ethernet-System, das sich auch für zeitkritische Motion-Control-Anwendungen eignet. Es nutzt die Duplex-Eigenschaften von 100BASE-TX aus, sodass effektive Datenraten bis 200 MBit/s möglich sind. Weitere Informationen:

PRAXIS PLUS
Die hochauflösenden Absolut-Encoder AFS/AFM60 Ethercat ermöglichen die präzise Messung von Absolutposition und Geschwindigkeit im Bereich der Industrieautomation. Umfangreiche Funktionen zur Diagnose von Parametern wie Temperatur oder Betriebsdauer und die Früherkennung von Fehlern erhöhen die Zuverlässigkeit des Netzwerks. Verschiedene Konfigurationsmöglichkeiten wie beispielsweise die Änderung der Auflösung, der Drehrichtung oder der Einheit zur Geschwindigkeitsmessung vereinfachen die Installation und ermöglichen eine kundespezifische Anpassung an die jeweilige Applikation. Durch das kompakte Design eignen sich die Absolut-Encoder auch zum Einsatz bei beengten Platzverhältnissen. Die Embedded-Switch-Technologie sorgt für hohe Anlagen- und Maschinenverfügbarkeit und trägt so zur Produktivitätssteigerung bei.
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