Eine Verpackungslinie setzt sich aus verschiedenen Prozessmodulen zusammen. Für einzelne Prozessschritte ist dabei oft die Erkennung der Objekte erforderlich, um den einzelnen Ver­packungsschritt zu triggern, so zum Beispiel das Auftragen des Mindesthaltbarkeitsdatums oder das Aufbringen eines Trinkhalms. Damit eine Lichtschranke diese Objekte erfassen kann, war bislang die vorherige Vereinzelung – also das Ziehen einer Lücke im Produktstrom – erforderlich. Dies erfordert mechanische Komponenten, die teilweise die Verpackungen ruckartig beschleunigen und den konstanten Produktstrom be­einträchtigen können. Solche Vorgänge beeinflussen die Verfügbarkeit einer Verpackungslinie erheblich, insofern als sie unter anderem Kollisionen und Produktstaus durch umgefallene Verpackungen, falsche Ausrichtungen vor Etiketten- oder Trinkhalm-Applikatoren, Fehlbestückungen beim Verpackungsgruppieren und Mengenabweichungen auf Paletten verursachen können. Die Alternative ist der Stoß-an-Stoß-Transport; allerdings ist bei ihm der Materialfluss als Ganzes nicht prozessoptimal kontrollierbar. Ergo war es in der Vergangenheit nötig, Verpackungspuffer zwischen zwei Maschinenteilen einzurichten, um ineffiziente Leerläufe zu vermeiden. Somit blieben Verpackungsanlagen als Ganzes aber hinter der möglichen Maximalkapazität zurück, wie sie die Summe der einzelnen Maschinen prinzipiell ermöglichen.

Eine neue Lichtschranke von Sick, die in Zusammenarbeit mit Lebensmittel- und Verpackungsmaschinenherstellern entstanden ist, soll diese Nachteile ausmerzen und den Sensor die Objekte anhand ihrer Vorderkante einzeln im lückenlosen Materialstrom erkennen lassen.

Das Sensorkonzept von „DeltaPac“ beruht auf der „Delta-S“-Technologie von Sick. Diese Technologie besteht aus vier PinPoint-2.0-LEDs sowie zwei hochauflösenden Energiewaagen mit jeweils zwei Empfangselementen mit der ASIC-Technologie „Siric“ sowie einer integrierten Abstandsmessung zur Hintergrundausblendung.

Das Funktionsprinzip von DeltaPac macht sich die Kantenkonturen von Verpackungen und Faltschachteln zunutze: So laufen die Lichtstrahlen der vier PinPoint2.0-LEDs über die Objektvorderseite. In diesem Zustand empfangen die vier Empfänger der zwei Energiewaagen dieselbe Menge Licht, es herrscht ein Gleichgewicht. Fährt eine Objektvorderkante in einen Lichtstrahl ein, wird dieses Gleichgewicht gestört. So gerät – einer herkömmlichen Waage analog – die Energiewaage ins Ungleichgewicht, sobald die Menge der Lichtenergie unterschiedlich stark auf den Empfängern verteilt wird. Abhängig von der Objektkontur entsteht ein eindeutiges Energiesignal. Die geänderte Richtung des reflektierten Lichtes wird sicher identifiziert und ein entsprechendes Schaltsignal gesendet. Objektkonturen mit Radien zwischen 1 und 20 mm auf Schaltabstände zwischen 30 und 40 mm werden auf diese Weise erkannt. Die Erfassungs- und Auswerte-Charakteristik des Sensors stellt sicher, dass Winkeländerungen auch bei sehr feinen Ecken, Kanten, Radien und Übergängen zuverlässig detektiert werden. Gleichzeitig lassen sich Klebekanten als solche identifizieren und unterdrücken. Das Detektionsverfahren kennt zudem keinen der üblichen Störfaktoren; es arbeitet unabhängig von Farbe, Objektgröße, Oberfläche und Hintergrund. Blendungen, Kontrastveränderungen, Unebenheiten der Oberflächenstruktur sowie elektromagnetische Störer im Einsatz­umfeld haben keinen Einfluss auf die Detektionssicherheit der Lichtschranke. Auf diese Weise ist es nun möglich, bis zu 200.000 Verpackungen pro Stunde bei Geschwindigkeiten bis zu 3 m/s zu erkennen.

Das Bedienkonzept

Hinsichtlich der Bedienung bietet DeltaPac Sensorik-Integratoren und Herstellern von Verpackungsmaschinen Konzepte, die die jeweils spezifischen Anforderungen berücksichtigen. So gibt es den Sensor zum einen ohne Poti-Einstell-Element in vorparametrierten Versionen speziell für abgerundete, prismatische und runde Verpackungen sowie für Faltschachteln mit nahezu rechteckigen Kanten. Der Sensor wird montiert und angeschlossen, der Anwender muss sich weder mit einer Bedienungsanleitung noch mit Dip-Schaltern am Sensor befassen. So werden Falschbedienungen und Einstellungsfehler vermieden.

Mit Hilfe des „Sopas“-Konfigurationstools lassen sich IO-Link-fähige Geräte-Varianten individuell parametrieren.

© Sick

Für Anwendungen, die eine individuell optimierte Geräteparametrierung erfordern, gibt es eine Sensorvariante mit IO-Link. Mit Hilfe der Hersteller-spezifischen Software „Sopas-ET“ lässt sich dieser Sensor via vier Mausklicks auf individuelle Bedürfnisse abstimmen. Durch die Eingabe des Verpackungsradius, der Verpackungsbreite sowie der Förderbandgeschwindigkeit ist der Sensor parametrierbar. Auch die Kommunikation mit dem Automatisierungssystem der Maschine lässt sich so einrichten – bei einem Verpackungswechsel können dann die spezifischen Parameterwerte in den Sensor übertragen werden. Diese Möglichkeit, den Sensor über die Maschinensteuerung einzustellen, ist vor allem für Maschinen von Vorteil, an denen ein häufiger Wechsel von Produkt- beziehungsweise Verpackungsvarianten stattfindet. Der direkte Parameter-Download auf die Lichtschranke spart Zeit, vermeidet Fehler und ist jederzeit dokumentierbar. Per IO-Link lässt sich der digitale Schaltzustand ebenso übertragen wie Zusatzinforma­tionen, etwa das Erscheinungsbild der verschiedenen Kantenausprägungen und die Signalstärke für Rückschlüsse auf die Schaltsicherheit, die aktuelle Sensorparametrierung oder die Seriennummer. Die betriebsrelevanten Informationen beugen einem unerwarteten Sensorausfall zum Beispiel durch Verschmutzung der optischen Grenzflächen vor. Auch prozessbedingte Veränderungen der Oberflächenbeschaffenheit von Verpackungen werden erkannt, was beispielsweise die Planung vorbeugender Reinigungs- und Wartungszyklen vereinfacht.

Stoß an Stoß

Der optoelektronische Sensor kann Objekte, die Stoß an Stoß aneinandergereiht einen lückenlosen Endlos-Strom bilden, einzeln von oben oder von der Seite erfassen.

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Die Möglichkeit, mit dem 42 mm × 42 mm × 45 mm messenden Sensor Objekte von oben oder von der Seite zu erfassen, die Stoß an Stoß aneinandergereiht einen lückenlosen Endlos-Strom bilden, eröffnet auch neue Möglichkeiten bei der Konstruktion von Verpackungsmaschinen: So kann auf Maschinenelemente zum Puffern und Aufstauen von Verpackungen ebenso verzichtet werden wie auf Separier-Mechaniken. Dies spart zum einen Kosten und verbessert zum anderen die Raumbilanz der Maschine. Zudem wird der Produktstrom verstetigt und die Produktion stabilisiert, da Ver­packungen nicht mehr umfallen und keine Kollisionen mehr stattfinden können.

Autor: Tobias Güttler ist Produktmanager in der Division Presence Detection von Sick in Waldkirch.