Automatisierung mit Reflexionslichttastern

Blaue Augen sehen mehr

Schwarze und transparente Kunststoffteile sind in automatisierten Produktionsabläufen mit Standardsensoren häufig nur schwer zu detektieren. Eine signifikant höhere Detektionssicherheit lässt sich in solchen Fällen durch Einsatz von Lichttastern mit blauer Sende-LED anstelle des üblichen Rotlichts erreichen.

Acht Subminiatur-Lichttaster prüfen eine Achterreihe von Kunststofftuben auf Vollständigkeit. Eine Tube wurde bereits vom Roboter zur Weiterverarbeitung entnommen, was am Schaltzustand des zugeordneten Sensors erkennbar ist. (Alle Bilder: Sensopart)

Sie sind klein, schwarz und sie werden immer mehr: Ob als Scheibenwaschdüse im Auto, als Zahnrad in einem Drucker oder als Gehäuseteil eines Telefons – quer durch alle Branchen sind dunkle bis tiefschwarze Kunststoffteile zu finden. Neben den schwarzen liegen auch transparente Teile im Trend, die häufig, etwa bei Autoscheinwerfern, Glas substitutieren. Was den Kunden und Produktdesignern gefällt, bietet häufig eine Herausforderung für die automatisierten Abläufe in Fertigung und Montage. Denn dort sind an vielen Stellen im Prozess – vom Handling an der Spritzgießmaschine bis zur Montage in Handarbeitsplätzen oder Einlegevorrichtungen – Reflexionslichttaster im Einsatz. Und diese haben bisweilen Probleme damit, die unscheinbaren dunklen oder durchsichtigen Teile zuverlässig zu detektieren.

Im Unterschied zu Reflexionslichtschranken werten Reflexionslichttaster nicht das von einem Reflektor, sondern das vom Objekt selbst remittierte Licht aus. Was bei roten oder weißen Spritzgussteilen zuverlässig funktioniert, ist bei dunklen und transparenten Objekten oft kritisch, da sie nur einen sehr kleinen Anteil des ausgesandten Lichts – oft nur wenige Prozent – zum Sensor reflektieren. Besonders bei glänzenden, konvexen oder strukturierten Teileoberflächen oder schrägen Detektionswinkeln kann der remittierte Lichtanteil so gering sein, dass mit herkömmlichen Rotlichttastern keine befriedigende Prozessstabilität zu gewährleisten ist.

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Blaues Licht als Alternative

Einbau einer schwarzen Getriebeschnecke in ein ebenfalls schwarzes Gehäuse. Der Blauklichtsensor kontrolliert den Erfolg des Montageprozesses: Links fehlt die Schnecke, rechts ist sie vorhanden.

Eine naheliegende Lösung ist unter diesen Umständen der Ersatz des Lichttasters durch eine Lichtschranke oder ein Lichtleitersystem, womit jedoch erheblich höhere System- und Installationskosten verbunden sind. Der Sensorhersteller Sensopart ging einen anderen Weg – und ersetzt die üblichen roten durch eine blaue Sende-LED. In Applikationstests sei nachgewiesen worden, dass mit blauem Licht signifikant höhere Detektionsraten zu erzielen sind. Aus diesen Erkenntnissen wurde innerhalb der Subminiatur-Sensorbaureihe F 10 der Blaulichttaster Bluelight entwickelt. Die nach Unternehmensangaben in dieser Baugröße auf dem Markt einzigartigen Sensoren seien mittlerweile in vielen einschlägigen Anwendungen erfolgreich im Einsatz. Ein weiterer Vorteil neben der deutlich erhöhten Prozessstabilität ist, dass die winzigen Sensoren – nicht größer als zwei aufeinander gestapelte Zuckerwürfel – auch in komplexen Automatisierungsumgebungen unterzubringen sind.

Blaulicht in Spritzguss und Montage

Ein Blaulichttaster vom F 10 Bluelight püft das Vorhandensein und die korrekte Positionierung von Kunststofflichtleitern. Die Detektion der transparenten Objekte funktioniert trotz der geringen Lichtremission zuverlässig.

Eine typische Detektionssituation bietet die automatisierte Fertigung spritzgegossene Tuben mit integrierten Lasermodulen. Die Tuben werden in Achterreihen auf einem Trägerkamm angeliefert und müssen auf Vollständigkeit geprüft werden. Zu diesem Zweck sind acht Blaulichttaster nebeneinander in einem Winkel von 45 Grad zur Detektionsoberfläche montiert. Nach der Vollständigkeitskontrolle entnimmt ein Robotergreifer die Tuben einzeln und führt sie dem nächsten Verarbeitungsschritt zu. In dieser Anwendung kommen gleich mehrere Herausforderungen zusammen: Eine schwarze, konvexe Oberfläche sowie ein relativ großer Detektionswinkel, wodurch der Anteil des zum Sensor reflektierten Lichts besonders gering ist – für den F 10 Bluelight aber immer noch ausreichend, um einen sicheren Prozess zu gewährleisten. Relevant in dieser Anwendung war auch die geringe Baugröße, da die Reihenanordnung der Sensoren andernfalls nicht möglich gewesen wäre.

Besonders augenfällig ist die Leistung des Blaulichttasters auch im zweiten Anwendungsbeispiel: In einem Montageautomaten werden schwarze Getriebeschnecken in ein schwarzes Kunststoffträgergehäuse eingesetzt. Anschließend kontrolliert der Sensor, ob die Schnecke vorhanden ist. Essentiell ist die präzise Hintergrundausblendung des Sensors, die sicherstellt, dass das schwarze Teil nicht mit dem ebenfalls schwarzen Hintergrund verwechselt wird.

In einer weiteren Anwendung geht es um die Montage transparenter Kunststoffteile, in diesem Fall um die Anwesenheits- und Positionskontrolle von Kunststofflichtleitern. Diese werden in einem Montageautomaten in ein Gehäuse eingepresst und anschließend verschweißt. Dabei wird mit Hilfe eines Blaulichttasters überprüft, ob die Lichtleiter vom Werker korrekt positioniert und eingelegt wurden. Die vom Objekt remittierte Lichtmenge ist in diesem Fall mit nur etwa 5 Prozent minimal, sie reicht jedoch für eine zuverlässige Detektion. Kennzeichnend für die hohe Prozessstabilität des Sensors bei transparenten Objekten sind das sofortige Ansprechen bei Erreichen der maximalen Tastweite von 30 oder 50 Millimeter sowie die geringe Hysterese zwischen Einschalt- und Ausschaltpunkt.

Kostengünstige Alternative zu Lichtschranken und Lichtleitersystemen

Mit der geringen Baugröße von 21 x 14 x 8 mm sind die Subiminatursensoren auch unter beengten Platzverhältnissen einsetzbar. Die Schwalbenschwanzhalterung ermöglicht eine einfache Montage und Feinausrichtung.

Die hier beschriebenen Applikationsbeispiele sprechen dafür, dass Sensoparts Blaulichttaster eine hohe Prozessstabilität auf dunklen und transparenten Kunststoffteilen gewährleisten. Dies gelte auch bei zusätzlichen Komplikationen wie glänzenden und konvexen Oberflächen, sowie bei schrägen Detektionswinkeln. Aufgrund der hohen Detektionssicherheit und einer in der Praxis nachgewiesenen stark verbesserten Prozessstabilität ist der Bluelight-Sensor auch eine reflektorlose und damit einfacher zu montierende Alternative zum Einsatz von Reflexionslichtschranken. Aufgrund des geringen Bauvolumens könne es der „Blauäugige“ sogar mit einem Lichtleitersystem aufnehmen.

Fakuma 2015, Halle B2, Stand 2108

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