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01 Qualitätsprüfung von Flaschenetiketten: Damit nur blaue und farbgetreue Etiketten im weiteren Prozess verwendet werden, prüft ein RGB-Farbsensor der Reihe FT 25-C von Sensopart die Farbwerte der Etiketten

Für jede Applikation der passende Sensor

02 Der Subminiatursensor vom Typ F 10 Bluelight erkennt den schwarzen, glänzenden Flaschendeckel auch unter ungünstigem Winkel und bei erheblichen Vibrationen zuverlässig

03 Der Lumineszenzsensor FT 50-UV überprüft im Rahmen der Qualitätssicherung, ob das mit luminophoren versehene Etikett vorhanden ist

04 Für die Qualitätsprüfung von Spritzgussteilen werden Vision- Sensoren wie der Visor von Sensopart eingesetzt, da diese mehrere Merkmale auf einen Blick überprüfen können

Zur Qualitätssicherung in industriellen Prozessen kommt heute eine große Vielfalt optoelektronischer Sensoren zum Einsatz, angefangen von der klassischen Lichtschranke über Farbsensoren, messende Abstandssensoren bis hin zu bildverarbeitenden Vision-Sensoren. Wie leistungsfähig und zuverlässig diese Sensoren sind, verdeutlichen typische Beispiele aus der Praxis.

Optoelektronische Sensoren werden mit einer Vielzahl unterschiedlicher Funktionsprinzipien, Baugrößen und Leistungsklassen angeboten. Die breitesten Einsatzmöglichkeiten bieten Reflexionslichttaster: Im Unterschied zu Reflexionslichtschranken benötigen sie keinen Reflektor und sind somit besonders kostengünstig und einfach zu installieren. Ebenfalls nach dem Tasterprinzip arbeiten Farbsensoren und Lumineszenzsensoren zur Detektion von sichtbaren bzw. unsichtbaren Farbmerkmalen sowie Abstandssensoren zur Abstandsmessung. Ein abweichendes Funktionsprinzip weisen Time-of- Flight-Sensoren auf: Sie registrieren nicht die Intensität des vom Tastgut reflektierten Lichts, sondern messen die Laufzeit des Lichts zwischen Sender und Empfänger und ermitteln daraus rechnerisch den Objektabstand. Eine Klasse für sich sind schließlich die bildverarbeitenden Vision- Sensoren, die – wie eine Digitalkamera – ein flächiges Bild des zu detektierenden Objekts aufnehmen und so mehrere Merkmale simultan auswerten können. Sensopart Industriesensorik bietet die komplette Palette der zuvor genannten Sensoren an. Doch für welche Applikation ist welcher die richtige Wahl?

Deckelkontrolle an Kosmetikflaschen mit einem Blaulicht-Taster
Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung arbeiten in der Regel sehr zuverlässig, auch bei dunklem Tastgut vor hellem oder spiegelndem Hintergrund. Gelegentlich stoßen sie jedoch an ihre Grenzen, wie folgendes Anwendungsbeispiel zeigt: Zu prüfen ist, ob schwarze Deckel aus hochglänzendem Kunststoff auf Kosmetikflaschen vorhanden sind. Konstruktionsbedingt muss der Sensor seitlich montiert werden, sodass er aus einem ungünstigen Winkel von ca. 60° auf die Deckel blickt; hinzu kommen starke Vibrationen der Abfüllanlage. Bei dieser Kombination ungünstiger Bedingungen reicht das zum Empfänger remittierte Licht für eine sichere Detektion der Deckel nicht mehr aus. Abhilfe schafft hier ein Lichttaster mit blauer anstelle der üblichen roten Sende-LED. Der F 10 Bluelight (Bild 2) in Subminiaturbauform erreicht eine signifikant höhere Detektionssicherheit auf dunklen Objekten sowie unter ungünstigen Tastwinkeln. Ursächlich hierfür ist die höhere Intensität und geringere Eindringtiefe des kurzwelligen blauen Lichts in das Tastgut, wodurch sich der an der Oberfläche reflektierte Anteil erhöht. Auch bei der Detektion transparenter Objekte wirkt sich die höhere Remission des F 10 Bluelight positiv auf die Prozessstabilität aus.

Positionskontrolle von Etiketten mit einem schnellen Farbsensor
Die Einsatzmöglichkeiten von Farbsensoren sind potenziell unbegrenzt. Selbst wenn das Tastgut über keine auswertbare Farbe verfügt, lassen sich in vielen Fällen Farbmarkierungen als unverwechselbares und leicht zu identifizierendes Merkmal nutzen. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise die korrekte Position von Etiketten überprüfen. Zum Einsatz kommt in dieser Anwendung ein Farbsensor der Miniaturbaureihe F 25 (FT 25-C, Bild 1), der mit seiner hohen Schaltfrequenz von bis zu 10 kHz auch für sehr schnelle Prozesse geeignet ist. Der Sensor detektiert zuverlässig selbst geringe Farbnuancen sowie „Nichtfarben“, wie Schwarz, Weiß und Grau. Eine weitere typische Anwendung ist die Erkennung von Druckmarken in der Verpackungsindustrie.

Anwesenheitskontrolle von Beipackzetteln mit einem Lumineszenztaster
Geringe Farbunterschiede zwischen Markierung und Objekt oder eine ungleichmäßige, zum Beispiel raue, gemaserte oder bedruckte, Objektoberfläche können für Farbsensoren ein Problem darstellen. In solchen Fällen, oder auch wenn Markierungen an einem Produkt nicht sichtbar sein sollen, stellt die Auswertung lumineszenter Merkmale eine funktionssichere Alternative dar. Dazu werden sogenannte Luminophore auf das Tastgut aufgebracht oder – bei Flüssigkeiten – beigemischt. Diese lassen sich mit einem Lumineszenztaster, der ultraviolettes Licht aussendet, detektieren. In einer weiteren Anwendung prüft der Lumineszenztaster aus der Kompaktbaureihe F 50 (F 50-UV, Bild 3) an einer Verpackungslinie, ob die unsichtbar markierten Beipackzettel in Arzneischachteln vorhanden sind. Auf dieselbe Weise lässt sich auch das Vorhandensein von Kreidemarkierungen auf Holzoberflächen, Ölfilmen auf Maschinenteilen oder Leimaufträgen auf Papier „unsichtbar“ überprüfen.

Farbkontrolle von Autodachhimmeln mit einem busfähigen Farbsensor
Die Schwierigkeit bei der Farbkontrolle von Autodachhimmeln ist, mehrere – zum Teil geringe – Farbnuancen sicher zu unterscheiden. Die meisten Farbsensoren können allerdings nur einige wenige Farben „lernen“. Ein kompakter Farbsensor (FT 50-C) mit serieller Busschnittstelle (RS-485) ist da flexibler: Im Prinzip können beliebig viele Referenzfarben eingelernt und in der übergeordneten Steuerung abgespeichert werden. Der Sensor weist zudem eine hohe Farbempfindlichkeit auf, sodass er auch geringe Farbunterschiede erkennt. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise sicherstellen, dass in jedes Automobil der Dachhimmel mit dem richtigen Beige- Ton eingebaut wird.

Rundheits- und Planaritätsmessungen mit einem Abstandssensor
Drehteile sollten – innerhalb gewisser Toleranzen – rund sein. Ob dies der Fall ist, lässt sich mit einem kompakten Abstandssensor (FT 50-RLA) auf einfache Weise überprüfen: Über seinen analogen Ausgang liefert er ein lineares Spannungssignal, welches Abweichungen von der Soll-Geometrie sofort erkennen lässt. Durch Vorgabe von Toleranzen ist einstellbar, wie „wellig“ die Teileoberfläche sein darf. Eine ähnliche Anwendung des Abstandssensors ist die Messung der Planarität von Smartphone-Displayscheiben oder ausgerollter Rollenware, zum Beispiel von Coils. Um ein aussagekräftiges Ergebnis zu erhalten, kommt es bei diesen Anwendungen auf eine hohe Wiederholgenauigkeit des Sensors an. Diese hängt wiederum von dessen optischen Eigenschaften ab. Zum Einsatz kommt hier ein kompakter Lasersensor (FT 50-RLA), der mit seinem kleinen, präzisen Lichtfleck und der exakt geschliffenen Glasoptik diese Voraussetzung erfüllt.

Füllstandmessung von Granulaten mit einem Lichtlaufzeitsensor
Bei der Abfüllung von Granulaten ist es sinnvoll, den Sensor in sicherer Entfernung zum Prozess anzuordnen, um ein Verstauben oder Beschädigungen der Optik zu vermeiden. Während übliche Lichttaster nur eine Tastweite bis zu einem Meter erreichen, ermöglicht das Funktionsprinzip der Lichtlaufzeitmessung deutlich höhere Entfernungen: So kann ein kompakter Lichtlaufzeitsensor (FT 55-RLAP) die Füllhöhe von Granulat in einem Behälter aus einen Abstand von bis zu 5 m, respektive 3 m auf dunkles Tastgut, auf wenige Millimeter genau ermitteln. Neben einem Analogausgang für die Abstandsmessung verfügt er zusätzlich über einen Schaltausgang; über diesen kann beispielsweise bei Erreichen einer bestimmten Füllhöhe das Signal ausgegeben werden, den Füllvorgang abzubrechen. Außer Granulat lassen sich mit dem Lichtlaufzeitsensor auch nichttransparente Flüssigkeiten wie Farbe detektieren. Generell liefern Lichtlaufzeitsensoren auf Objekten mit dunkler, strukturierter oder gewölbter Oberfläche sehr sichere Ergebnisse.

Geometrieprüfung von Spritzgussteilen mit einem Vision-Sensor
Für die Qualitätsprüfung komplexer Merkmale und Formen empfiehlt sich der Einsatz bildverarbeitender Vision-Sensoren, da diese eine flächige Auswertung von Objekten vornehmen können. Mit dem Visor (Bild 4) lassen sich beispielsweise typische Spritzgießfehler, wie die unvollständige Füllung von Kavitäten (Unterspritzung), Grate und Schwimmhäute (Überspritzungen), nicht korrekt abgetrennte Angüsse und andere Deformationen, zuverlässig detektieren. Eine verwandte Anwendung ist die Prüfung sogenannter Einlegeteile: Hier lässt sich ermitteln, ob die Kontaktstifte (Pins) eines Steckers, die in das Werkzeug eingelegt und anschließend umspritzt werden, vollständig vorhanden und korrekt ausgerichtet sind. Die für ihren Leistungsumfang sehr kompakten Vision-Sensoren sind in nahezu jede Anlage integrierbar und ermöglichen so eine 100-%-Inline-Kontrolle komplexer Teile und Baugruppen. Die Visor-Reihe umfasst auch spezielle Vision-Sensoren mit Code-Lesefunktion für die Rückverfolgung von Bauteilen.

Fazit
Selbst anspruchsvolle Qualitätssicherungsaufgaben lassen sich effektiv und einfach automatisieren. Die Beispiele, die nur einen kleinen Ausschnitt aus dem möglichen Einsatzspektrum optoelektronischer Sensoren darstellen, zeigen, wie sich auch anspruchsvolle Qualitätssicherungsaufgaben effektiv und einfach automatisieren lassen. Sensopart bietet in jeder Sensorbaureihe eine Vielzahl von Funktionsvarianten im einheitlichen Gehäuse und mit einheitlichem Bedienkonzept an. Dadurch findet der Kunde für nahezu jede denkbare Anwendung einen geeigneten Sensor und mit bekanntem Bedienkonzept. (ih)

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Autor:
Dipl.-Ing. Armin Hänsler ist Leiter Produktbereich Sensoren bei der Sensopart Industriesensorik GmbH in Gottenheim. beratung@sensopart.de