In der Fertigung, bei der Montage oder im Rahmen der Qualitätskontrolle müssen häufig unterschiedliche Objekte anhand teilweise minimaler Größen- oder Höhenunterschiede identifiziert und verglichen werden. Optische und damit berührungslose Verfahren sind hier vielfach das Mittel der Wahl. Ihr Handling ist oft aufwändig. Doch das muss jedoch nicht immer so sein.

Berührungslos arbeitende optische Identifikationslösungen müssen nicht grundsätzlich mit hohem Aufwand verbunden sein. Das zeigt das Beispiel des Sondermaschinenbauers Müko aus Weinstadt-Beutelsbach, in der Nähe von Stuttgart. In einer dort installierten Anlage zur halbautomatischen Montage von induktiven Sensoren setzt das schwäbische Unternehmen bei der optischen Objekterkennung ein neues innovatives Lichtband ein. Es überprüft bei der Vormontage, ob zum vorgewählten Sensortyp das richtige Sensorgehäuse eingelegt wurde.
Das hochauflösende Lichtband BLA (Light Array) des Sensorspezialisten Balluff hat eine Breite von 50 mm und eine Reichweite von bis zu 2 Metern und besteht aus einem Sender mit einem leistungsstarken Rotlichtlaser sowie einem Empfänger. Beide Komponenten sind jeweils in einem robusten Metallgehäuse untergebracht und mit Abmessungen von 100 mm x 113 mm x 26 mm so kompakt, dass sie einfach in Anlagen zu integrieren sind. Sie werden durch eine widerstandsfähige und reflexionsfreie Glasscheibe geschützt und sind mit der Schutzart IP65 optimal für den industriellen Einsatz gerüstet. Das Lichtband arbeitet zudem vollkommen autark, ohne weiteres Zubehör wie PC oder spezielle Software.
Erstmals prüft Müko mit nur einem einzigen Gerät die ganze Vielfalt der zu erkennenden Komponenten. "Dies ist wichtig, da mit der neuen Anlage ein großes Spektrum unterschiedlicher induktiver Sensoren zu fertigen ist", betont Uwe Müller, Geschäftsführer für komplexe Montage- und Prüfanlagen bei Müko.
Schon bei der Vormontage muss sichergestellt sein, dass bei der chargenweisen Fertigung für jeden Sensortyp das richtige Gehäuse verwendet wird. Die Gehäusedurchmesser differieren aber nur geringfügig, weshalb die Unterschiede mit dem menschlichen Auge kaum festzustellen sind. Aus diesem Grunde wurde der Prozess automatisiert. Das hochauflösende Lichtband garantiert dabei die fehlerfreie Montage der verschiedenen Sensortypen.

Die Abläufe
Zu Beginn des Fertigungsprozesses legt der Werker an der ersten Station manuell die Einzelteile für den zu montierenden Sensor ein. Dann drückt er die Start-Taste und das Light Array prüft, ob die korrekten Teile vorliegen. Dazu wird der Durchmesser des Rohres und des Steckeransatzes erfasst und an die übergeordnete Steuerung weitergeben. Erst wenn die gemessenen Dimensionen zu dem vom Werker vorgewählten Sensortyp passen, erfolgt die Freigabe für den Fügeprozess mit seinen genau definierten Kräften und Wegstrecken. Liegt eine Verwechslung oder eine Störung vor, wird dies signalisiert, der Werker quittiert es und entfernt das fehlerhafte Teil. Danach wird die Anlage automatisch für einen neunen Fertigungsablauf freigegeben.
Ist der Fügeprozess abgeschlossen, entnimmt der Werker von Hand das fertige Teil und setzt es in einen Werkstückträger ein. Sobald dieser mit vier Induktivsensoren voll bestückt ist, wandern die Sensoren in der verketteten Anlage in die nachfolgende Ausschäumstation. Dort wird eine genau definierte Menge der Ausschäummasse in jedes Gehäuse injiziert, bevor die Sensoren zum Aushärten des Polymers in vorgegebener Zeit einen Wärmtunnel passieren. Jeweils 8 Sensoren kommen dann zur Endkontrolle und werden anschließend in Blisterpackungen versandfertig gemacht.

Funktionsweise des Lichtbandes
Undurchsichtige Objekte, wie die Sensorgehäuse, wirken abschattend auf das Lichtfeld des Light Arrays, was die hochauflösende CCD-Zeile des Empfängers mit hoher Präzision und Auflösung zuverlässig erkennt. Dies ist die Voraussetzung, um die geringen Gehäuseunterschiede präzise unterscheiden zu können. Selbst bei einer maximalen Distanz von zwei Metern bietet das Lichtband eine Auflösung besser als 0,1 mm. Somit lassen sich auch sehr kleine Objekte einwandfrei detektieren. Dies funktioniert, weil das Lichtband ein absolut homogenes Lichtfeld mit überall gleicher Intensität bietet, was durch das "Auffächern" des Laserlichts über ein Prisma erreicht wird.
Mit dem Lichtband lässt sich nicht nur die Dicke, sondern gleichzeitig auch die Position eines Objektes erfassen. Das kann für spezielle Fragestellungen interessant sein, bei denen es etwa darum geht, die Position eines durch das Beobachtungsfeld laufenden Drahtes zu erfassen. Weil das Lichtband völlig autark arbeitet und direkt die fertigen Detektionsergebnisse liefert, entfällt der sonst erforderliche Datenaustausch mit weiteren Komponenten oder Geräten. So wird der Traffic auf der Datenleitung minimiert und gleichzeitig die Steuerung entlastet.

Komfortable Bedienung
Alle erforderlichen Einstellungen können direkt am Gerät vorgenommen werden, was sich zeitsparend bei der Inbetriebnahme und der Bedienung auswirkt. Es ist dafür weder ein Laptop noch ein Programmiergerät erforderlich.
Sender und Empfänger lassen sich über das grafische Live-Bild der im Empfänger integrierten Multifunktionsanzeige einfach und schnell ausrichten. Der Anwender kann zwischen unterschiedlichen Erkennungsmodi wählen und die Toleranzlevel an die eigene Applikation anpassen. Per Tastendruck lassen sich unterschiedliche Objekte einlernen und den drei binärcodierten Digitalausgängen zuordnen. Zusätzlich verfügt das Lichtband über zwei unabhängig voneinander konfigurierbare Analogausgänge. Müko nutzt beispielsweise einen davon, um die Messwerte der Größenmessung an die Steuerung auszugeben.
Darüber hinaus kann der Anwender das Display der Einbausituation anpassen, indem er die Darstellung bei Bedarf um 180° dreht. Dabei ist stets eine gute Ablesbarkeit gegeben, denn auch der Kontrast lässt sich entsprechend den aktuellen Lichtverhältnissen am Einsatzort variieren.
Ein weiteres wichtiges Feature ist das "Blanking". Mit dieser Funktion lassen sich störende Objekte im Messfeld bei Bedarf ausblenden. Dazu genügen ebenfalls wenige Eingaben am Display. Das Lichtband ignoriert dann z.B. Einbauten oder Objekthalterungen. Im beschriebenen Anwendungsfall wird dann nur das zu prüfende Sensorgehäuse erkannt, nicht aber seine Halterung oder ein anderes Maschinenteil, das aufgrund der Einbausituation ins Messfeld ragt.

Resümee
Gerade wenn mehrere unterschiedliche Objekte sicher identifiziert werden müssen, ist das Lichtband eine elegante Lösung. Alternative Verfahren, wie etwa die Objekterkennung mittels Lichtschranken, würden den Einbau mehrerer unterschiedlicher Komponenten erfordern und damit nicht nur den Platzbedarf, sondern auch den Aufwand für Justierung und Installation erhöhen. Ein weiterer Vorteil ist die hinzugewonnene Flexibilität, denn der Anwender kann die Lösung jederzeit nach oben skalieren und weitere neue Produktvarianten fertigen, ohne dass zusätzliche Kosten entstehen. Er muss dazu lediglich die wichtigen Kennwerte wie Gehäusedurchmesser und Schaltabstand in der Steuerung hinterlegen.