Teileerkennung in schnellem Takt

Dipl.-Ing. Norbert Matthes ist Produkt- manager bei der Contrinex Sensor GmbH in Nettetal

Die Schneidanlage besteht bislang aus zwei Laserschneidmaschinen inklusive einer automatisierten Zuführung und Beladung aus zwei parallel angeordneten Kettenförderern – einer für jede Maschine – und einem Knickarmroboter. Künftig sollen drei bis vier Anlagen dieses Typs im Automobilzulieferbetrieb ihren Dienst tun. Die Werkstückträger der Kettenförderer werden manuell mit je acht – als Schüttgut angelieferten – Werkstücken pro Träger bestückt. Dabei wird jeder der beiden Förderstränge mit unterschiedlichen Teilen beladen. Am Ende der Förderstrecke pickt ein Knickarmroboter jeweils ein Teil aus dem Werkstückträger und befüllt damit im Wechsel die Laserschneidmaschinen. Die Taktzeit des Roboters beträgt 15 Sekunden inklusive Einlegzeit in die Maschine von nur drei Sekunden. „Die Automation ist so intelligent, dass der Roboter je nach Bearbeitungsstand der jeweiligen Maschine ein passendes Teil von der entsprechenden Zuführung nimmt und einlegt. Da in jeder Maschine andere Teile bearbeitet werden und dies unterschiedlich lang dauert, minimiert dieses Vorgehen die Nebenzeiten und erhöht den Durchsatz“, erklärt Frank Hager, der das Projekt bei Famag betreut.

Insgesamt 16 photoelektrische Miniatursensoren im zylindrischen Gehäuse mit der Baugröße M12 von Contrinex (Typ LTS-1120-303) – einer über jeder Werkstückposition – melden der Robotersteuerung, ob und auf welcher Position sich ein Werkzeug befindet. Auf diese Weise greift der Roboter nie ins Leere. Zusätzlich kontrolliert je eine quaderförmige Contrinex-Reflexlichtschranke vom Typ LRS-3030-103 am Ende jeder Förderstrecke, ob die Werkstückträger tatsächlich leer sind. „Erkennt die Lichtschranke ein Objekt, taktet die Zuführung nicht und verhindert auf dieser Weise mechanische Beschädigungen durch liegende oder nicht erkannte Teile“, so Frank Hager.

Bei der Reflexlichtschranke am Ende der Förderstrecke sind Sender und Empfänger in einem einzigen Gehäuse untergebracht. Der Sensor sendet einen fokussierenden, pulsierenden Lichtstrahl durch einen Polarisationsfilter auf einen entfernten Reflektor. Dieser wirft den Lichtstrahl zurück zum Sensor. Hier passiert der Strahl einen zweiten Polarisa- tionsfilter, bevor er den Empfänger erreicht. Unterbricht ein Objekt – in diesem Fall das Werkstück – den Lichtstrahl, registriert der Sensor die reduzierte Lichtintensität und aktiviert den Ausgang. Aufgrund des relativ hohen Anteils an reflektiertem Licht liegen die erzielbaren Reichweiten der eingesetzten Sensoren bei bis zu 4 m. Dabei verhindert der Polarisationsfilter, dass das reflektierte Licht anderer Objekte den Empfänger erreicht. Das gestattet die zuverlässige Erfassung von reflektierenden Teilen wie den Metallwerkstücken im vorliegenden Beispiel. Sensorversionen mit exzellenter Hintergrundunterdrückung erlauben sogar die ultra-zuverlässige Zielerfassung auch bei hellen Hintergründen. Die Reflexlichtschranke schaltet, wenn der Lichtstrahl unterbrochen wird. Auch die Reflexlichttaster an den Werkstückträgern funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip. Hier befinden sich Sender und Empfänger ebenfalls in einem Gehäuse. Das gepulste Licht der Sendediode wird jedoch nicht gezielt von einem Reflektor sondern diffus von einem Objekt beliebiger Form und Farbe reflektiert. Ein Teil dieser Reflexionen gelangen zurück zum Empfänger. Ist die Empfangsenergie hoch genug, schaltet der Ausgang. Dabei hängt die erzielbare Reichweite des Sensors von Größe, Farbe und Oberflächenbeschaffenheit des Objekts ab. Sie kann mit dem eingebauten Potentiometer innerhalb weiter Grenzen verändert werden. Der LTS-1120 überzeugt mit einem Schaltabstand von 300 mm. Bei der Lichtschranke LRS-1120 beträgt dieser 1.500 mm.

Dank ihres robusten zylindrischen Metall- beziehungsweise quaderförmigen Kunststoffgehäuses und der vergossenen Elektronik sind die photoelektrischen Miniatursensoren schock- und vibrationsresistent. Damit empfehlen sie sich für die generelle Automation in der Druck- und Verpackungsindustrie sowie im allgemeinen Werkzeugmaschinenbau und für elektronische Baugruppen oder mechanische Handlingsysteme – auch bei rauen Umgebungsbedingungen. Aufgrund ihrer geringen Größe sind sie ideal geeignet für Anwendungen mit begrenzten Platzverhältnissen. Speziell für Applikationen in sehr schwer zugänglichen Bereichen bietet Contrinex zusätzlich Lichtleiterverstärker an. Mit Biegeradien von 2 mm gestatten sie eine genaue und zuverlässige Objekterfassung auch unter diesen erschwerten Bedingungen. Die Lichttaster erfassen ihr Ziel geschwindigkeitsunabhängig und akkurat in einer Reaktionszeit von 0,5 ms. Ein sichtbares Rotlicht erleichtert die Einstellung. Zudem zeigen bei beiden von Famag verwendeten Schaltertypen zwei LEDs den Schaltzustand und die Funktionsreserve der Sensoren an.

Famag konnte für den Einsatz in der automatisierten Zuführung auf die Standardausführung der Miniatursensoren zurückgreifen. „Wir mussten lediglich die Empfindlichkeit der Lichttaster über das eingebaute Potentiometer einstellen und sie präzise zu den Werkstücken anordnen, da diese aus Metall sind und reflektieren“, sagt Frank Hager. ge

Quaderförmige Reflexionslichtschranken am Ende der Förderstrecke verhindern mechanische Schäden

Photoelektrische Miniatursensoren zeichnen sich durch ein robustes, zylindrisches Metall- bzw. quaderförmiges Kunststoffgehäuse aus. Sie bieten eine akkurate und geschwindigkeitsunabhängige Zielerfassung mit einer Reaktionszeit von bis zu 0,1 ms mit dem Laser. Sie sind schock- und vibrationsresistent durch vakuumgekapselte Elektronik und bieten hohe Systemreserven. Die Einstellung erfolgt mithilfe eines sichtbaren Rotlichtstrahls. Die Sensoren eignen sich als präziser Analogsensor im Bereich von 10 bis 100 mm.

FAMAG Robotik & Automation ist ein Geschäftsbereich der FAMAG Werkzeugfabrik GmbH & Co. KG. Aus der ursprünglich firmeneigenen Abteilung wurde 1999 ein eigenständiger Bereich, der auf die Planung, Konstruktion und Inbetriebnahme schlüsselfertiger Automatisierungslösungen spezialisiert ist: