Tom Lorenzen, Geschäftsführer von T&O LabSystems (T&O): „Analoge Näherungsschalter sind für uns eine einfache und günstige Alternative für die Positionskontrolle.“

© Contrinex, T&O

Die technische Beratung bei diesem ersten Projekt durch Contrinex brachte die T&O-Entwickler dazu, sich auch mit den Einsatzmöglichkeiten analoger photoelektrischer Näherungsschalter zu beschäftigen. Nach einem Jahr Erprobungs- und Testphase kommt seit Anfang 2011 der Sensortyp LAK-3130-119 in der neuesten T&O-Applikation, einem Rack-Sortierer für Blutprobenröhrchen, zum Einsatz.Bei dieser Anwendung schiebt das Gerät die so genannten Primär-Röhrchen in Racks, mit denen anschließend die Analyse-Automaten bestückt werden. Die als Schüttgut vorliegenden Röhrchen werden dazu in einem ersten Schritt vereinzelt, auf ein Förderband gelegt und anschließend in die Probenbehälter geschoben. Dabei ist es entscheidend, dass die Röhrchen mit der korrekten Ausrichtung in die Racks gelangen: Die Verschlusskappe der kleinen Behälter muss oben sein. Die Orientierung der Blutprobenröhrchen auf dem Fließband ist jedoch zufällig – mal befindet sich die Verschlusskappe auf der rechten, mal auf der linken Seite. 

Der Trick mit dem Hebel

Ein kleiner Hebel folgt der Kontur des Röhrchens. Darüber erfasst der Sensor zuverlässig, auf welcher Seite die Kappe sitzt.

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Der analog arbeitende Optosensor erfasst den Sitz der Kappe und gibt diese Information an die Steuerung weiter. Bei Bedarf dreht die Maschine das Röhrchen entsprechend der Messung und schiebt es anschließend ins Rack.Der Fördergeschwindigkeit der Maschine ist für einen maximalen Takt von einem Röhrchen pro Sekunde ausgelegt. Innerhalb dieser Zeitspanne muss der Sensor die Verschlusskappe als „höchste“ Erhebung zuverlässig erkennen, das heißt eine Höhendifferenz von 1 mm. Die Steuerung erfasst die Analogwerte des Sensors kontinuierlich alle 20 ms (50 Hz) und berechnet daraus die Position der Kappe.

Ein Röhrchen ohne Kappe erkennt der Sensor als Fehler, da er keinen signifikanten Sprung erkennt. „In diesem Fall geht die Maschine in Stop“, erklärt Lorenzen.„Die Röhrchen auszumessen ist aufgrund ihrer Form und ihres Materials nicht ganz einfach“, zeigt Lorenzen die Herausforderung für die Sensorik auf. Die Röhrchen gibt es in relativ vielen Varianten, darüber hinaus stehen für eine exakte Messung weder gerade Flächen noch scharfe Konturen zur Verfügung. Mit Flüssigkeiten in unterschiedlicher Menge gefüllt, können zudem Luftblasen entstehen. Für die meisten Messprinzipien sind das enorme, oft unlösbare Herausforderungen.

T&O entschied sich letztlich gegen aufwendige und kostspielige kamerabasierte Systeme oder Profilscanner. Stattdessen entwickelten die Ingenieure eine Methode, die ebenso kostengünstig wie schnell und zuverlässig zum Ziel führt. Dazu Lorenzen: „Wir tasten die auf dem Förderband liegenden Röhrchen mit einem Hebel ab.“ Dieser folgt der Kontur des Röhrchens und hebt und senkt sich entsprechend. Der Clou dabei: Die dem photoelektrischen Näherungsschalter zugewandte Seite des Hebels hat eine gerade Fläche. Das garantiert eine absolut zuverlässige Messung.

Zurzeit testet T&O die optischen Sensoren in einer weiteren Anwendung: Vor der Befüllung der Racks muss sichergestellt sein, dass sich keine Röhrchen im Behälter befinden. Auch dafür eignen sich analoge Näherungsschalter. „Wir messen den Anfang des Behälters mit einem zusätzlichen Sensor des gleichen Typs, ermitteln seine genaue Position und messen zusätzlich, ob noch ein Röhrchen vorhanden ist“, beschreibt Lorenzen den Ablauf. Dadurch kommt T&O ohne Reflexionslichtschranken aus. Durch diese Messabfolge lässt sich auch prüfen, ob das Rack während des Befüllens verschoben wurde. Weitere Positionen können so präziser angefahren werden.

Photoelektrische Analog­sensoren

Wo das Rack beginnt und ob ein Röhrchen bereits im Rack steckt, nimmt der Sensor auf und gibt die Information an die Steuerung weiter.

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Photoelektrische Näherungsschalter ermöglichen große Tast- und Reichweiten, erfassen sowohl große als auch kleinste Objekte und reagieren auch auf nicht leitende Materialien. Zudem lassen sich diese Geräte spezifischen Anforderungen anpassen. Da optische Sensoren mit Analogausgang im Gegensatz zu energetischen Reflexionslichttastern nicht die Menge, sondern den Einfallswinkel des reflektierten Lichts auswerten, hängt deren Reichweite nur zu einem geringen Teil von Größe, Farbe und Oberflächenbeschaffenheit des zu erfassenden Objekts ab.

Bei Näherungsschaltern mit binärem Ausgangssignal (Schaltpunkt) geht ein großer Teil der intern verfügbaren Informationen verloren. Geräte mit Analogausgang versorgen den Anwender dagegen mit sämtlichen Informationen über die Entfernung von Objekten. Damit erschließen sie ein weites Einsatzgebiet. Solche Schalter gibt es bereits seit einiger Zeit. Bislang waren ihre Anwendungsmöglichkeiten jedoch aufgrund des bescheidenen Erfassungsbereichs sehr limitiert. Anders die analogen Contrinex-Sensoren, bei denen auf eine Zwischen-Digitalisierung verzichtet wurde. Deswegen ist deren Auflösung nahezu unbegrenzt.

Das photoelektrische Sensorprogramm umfasst eine breite Palette von Geräten für den universellen Einsatz in Abfüll- oder Ver­packungsanlagen, zur Farberkennung oder für logistische An­wendungen. Dazu zählen analoge Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung und analogem Ausgang – wie sie T&O einsetzt –, energetische Reflexionslichttaster, Reflexionslichtschranken, Einweglichtschranken und Lichtleitergeräte mit Digitalanzeige. Auch Miniaturgeräte mit zylindrischem Lichtstrahl für die Objekt-Erkennung durch Löcher und Spalten gehören zum Sortiment.