Lichtschranken für klares Erkennen transparenter Objekte

Sensor-Putzen nur noch einmal täglich

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In der Automatisie-rungstechnik waren Klarsichtfolien sowie transparente PET- und Klarglasflaschen bislang „undankbare” Detektionsobjekte, deren Anwesenheit beispielsweise bei der Getränkeabfüllung oder der Verpackung von Waren nur mit hohem sensorischen Aufwand feststellbar war. Reflexions-Lichtschranken ermöglichen ein sicheres Erkennen.

Der Autor Wilhelm Schürmann ist Produktmanager im Geschäftsbereich Automatisierungstechnik der Sick AG, Waldkirch

Probleme in derVerpackungsindustrie
Die vormals gefundenen Lösungen insbesondere hinsichtlich der Verschmutzungsunempfindlichkeit waren nicht geeignet, ohne häufiges Reinigen der Sensoren auszukommen, was Personalaufwand und Stillstand dieser besonders schnellen Anlagen bedeutete. Für ein Optimum an Verfügbarkeit insbesondere von Abfüll- und Verpackungsanlagen steht mit der Reflexions-Lichtschranke WL12G von Sick ein „intelligenter” Sensor zur Verfügung, der per Teach-in einstellbar ist und durch die kontinuierliche Anpassung der Schaltschwelle bei zunehmender Verschmutzung ein sicheres Erkennen transparenter Objekte ermöglicht. Die ebenfalls neu entwickelte Miniaturlichtschranke WL4G-2 eignet sich in ähnlichen Applikationen besonders für den Einsatz unter beengten Montageverhältnissen, wo sie deutliche Vorteile gegenüber Lichtleitersensoren bietet.
In der Süßwaren- und Verpackungsindustrie sind es beispielsweise vollautomatische cut & wrap – Maschinen für Karamellen und Bonbons oder Umverpackungsanlagen für Kaffee oder Getränkebehälter, an denen die WL12G Packstoffe wie Klarsichtfolien, Zellglaspapier oder tranpsarente Labelfolien sicher erkennt. Fo-lienrisse werden sicher erkannt und ein Maschinenstop wird rechtzeitig eingeleitet.
In Abfüllanlagen müssen saubere, wassergefüllte PET-Flaschen ebenso sicher detektierbar sein wie Klarglas- oder Farbglasflaschen, um eine exakte Flaschenstromkontrolle, Flaschenzählung oder Staukontrolle zu ermöglichen. Die sichere Detektion dieser Objekte mit der WL12G erhöht die Produktivität der Anlagen gleich auf zwei Wegen: zum einen wird Wartungsaufwand deutlich reduziert, und zum anderen die Maschinenverfügbarkeit wesentlich verbessert.
Funktionsweise
Bei Reflexions-Lichtschranken wird das ausgesandte Licht von einem gegenüberliegenden Reflektor zurückgeworfen und vom Gerät ausgewertet. Fährt ein Objekt durch den Lichtweg, wird dieser unterbrochen und ein Schaltsignal generiert. Bei nicht transparenten Objekten reicht eine vergleichsweise unempfindliche Einstellung der Schaltschwelle zur sicheren Funktion des Gerätes aus. Bei spiegelnden Oberflächen verhindern zusätzliche Polarisationsfilter Fehlfunktionen bei der Objektdetektion. Je transparenter jedoch die Objekte werden, desto höher muß die Ansprechempfindlichkeit eingestellt werden, d.h. desto geringer liegt die Schaltschwelle des Sensors. Gleichzeitig aber gehören gerade an Verpackungs- und Abfüllmaschinen Staub von Packgut und Packmitteln, Luftfeuchtigkeit, Wasserspritzer und Dämpfe zu den Randbedingungen, unter denen die optoelektronischen Sensoren sicher funktionieren müssen. Je mehr die Verschmutzung von Sensor und Reflektor zunimmt, umso kleiner wird der Abstand zwischen eingestellter Schaltschwelle und Reflektorsignal des Sensors.
Um hieraus resultierende Fehlschaltungen zu vermeiden, bedurfte es bislang relativ häufiger Reinigungsarbeiten. Hierzu mußte Personal zum Teil mehrmals pro Schicht die Anlage stoppen, Sensoren und Reflektoren reinigen und teilweise neu einstellen sowie die Anlage wieder anfahren.
Mit klarem Blick für transparente Objekte
Die WL12G mit stabilen Metallgehäuse ist speziell für die sichere Detektion tranparenter Materialen entwickelt worden. Als Lichtquelle dient eine LED, die sichtbares Rotlicht im Bereich von 630 bis 690 nm emittiert. Je nach Reflektor beträgt die Reichweite des Gerätes zwischen 0,6 und 2 m. Eine Schaltfolge von 1 000 Hz und Schutzart IP 67 sind weitere branchenwichtige Merkmale der WL12G. Eingestellt wird die Schaltschwelle auf den freien Lichtweg zwischen Sensor und Reflektor.
Je nach zu erwartender Signalabschwächung stehen drei, am Gerät oder per Steuerleitung automatisch einstellbare, Betriebsarten zur Verfügung:
n Schaltung bei Signalabschwächung > 10%, typisch für saubere, wassergefüllte PET-Flaschen
n Schaltung bei Signalabschwächung > 18%, charakeristisch für Klarglasflaschen
n Schaltung bei Signalabschwächung > 40%, wie sie durch Farbglas oder nichttransparente Objekte verursacht wird.
Mikroprozessor paßt sich an
Die hohe Verfügbarkeit der WL12G, von der die gesamte Abfüll- bzw. Verpackungsanlage profitiert, wird durch einen leistungsfähigen Mikroprozessor im Gerät erreicht. Er paßt die Schaltschwelle kontinuierlich an die eintretende Verschmutzung an, wobei der Abstand zwischen Reflektorsignal und Schaltschwelle beibehalten wird.
Es erfolgt also keine detek-tionskritische Annäherung von schmutzbedämpftem Reflektorsignal und eingelernter Schaltschwelle, sondern die Differenz zwischen beiden Signalpegeln bleibt gleich. Erst bei starker Verschmutzung und erreichen der Systemgrenze des Sensors, also deutlich später als bei herkömmlichen Sensoren, wird daher eine Gerätewartung erforderlich. Nach der Reinigung stellt der Mikroprozessor in dieser Lichtschranke die ursprünglichen Signalpegel- bzw. Schaltschwellenwerte automatisch wieder ein, wodurch häufiges Nach-Teachen vermieden wird.
Mit der Lichtschranke WL12G steht den Getränkemaschinenherstellern, Brauereien und Brunnenunternehmen sowie Abfüllbetrieben ein Sensor zur Verfügung, der vielerorts noch bestehende Erkennungsprobleme zuverlässig löst.
Miniaturlichtschranke: Vorteil gegenüber Lichtleitersensoren
Für geringere Reichweiten, besonders aber für beengte Einbauverhältnisse steht den Anwendern mit dem Miniatursensor WL 4G-2 eine zuverlässige Alternative bei der Detektion transparenter Materialien zur Verfügung, die gegenüber dem Einsatz von Lichtleiter-Sensoren deutliche Vorteile bietet. Die WL4G-2 – das „G” steht für Glas, die „2” für die zweite Generation – besitzt besonders in punkto Montagefreundlichkeit, Justierbarkeit und Reichweite besondere Vorteile gegenüber den bei geringem Platzbedarf häufig verwendeten Lichtleiter-Sensoren.
Dabei bietet sie trotz Miniaturbauform wichtige Funktionalitäten wie z.B.
n Unempfindlichkeit gegen-über Fremdlichtquellen
n beim Einsatz eines Polarisationsfilters Erkennung auch spiegelnder Objekte, z. B. teilbedruckter oder alumi-nisierter Folien und
n Funktionssicherheit bei gegenseitiger Gerätemontage.
Internet
Was der Betreiber benötigt
Gefordert wurde seitens der Anlagenbetreiber daher ein Sensor mit
n besserem Detektionsvermögen, schnelle einstellbarkeit auf unterschiedliche Folien- bzw. Flaschenmaterialien
n geringerer Verschmutzungsempfindlichkeit
n längerer Funktionszeit zwischen den Wartungsarbeiten
n Teach-in-Möglichkeit ohne Detektionsgut nur über den freien Lichtweg
n Durchführung dieses Einlernvorganges am Gerät und über Steuerleitung
n Schutzart IP 67 sowie
n geeigneter Temperaturfestigkeit zwischen – 25° C und +60° C
Die Reflexions-Lichtschranke WL12G, die die Sick AG zusammen mit führenden Maschinenherstellern entwickelt hat, entspricht diesen Anforderungen. So konnten Anlagenbetreiber ihren Wartungsaufwand erheblich reduzieren, d. h. statt zweimal pro Schicht mußte nur einmal während des gesamten Dreischichtbetriebes eines Produktionstages eine Gerätewartung durchgeführt werden.
Einfach nachrüstbar
Sowohl die Reflexionslichtschranke EWL12G als auch die Miniaturlichtschranke WL4G-2 sind Standardsensoren, die gezielt für die automatische Erkennung transparenter Objekte in schnellaufenden Anlagen entwickelt wurden. Ihre kompatible elektrische und mechanische Anschlußtechnik ermöglicht die einfache Nachrüstung aller Anlagen, in denen herkömmliche Sensoren einer gewünschten und jetzt möglichen Anlagenverfügbarkeit im Wege stehen.
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