Hoher Durchsatz ohne Stillstandzeiten und Ausschussproduktion ist oberstes Ziel jeder Automatisierung. Immer mehr Sensoren sorgen deshalb in Produktions-, Verarbeitungs- und Logistik-Anwendungen dafür, dass die notwendigen Voraussetzungen erfüllt sind. Es gilt, Zulieferteile auf Anwesen-heit, Vollständigkeit und Fehlerfreiheit zu überprüfen; Objektträger und Komponenten müssen sich in einer korrekten Lage und Ausrichtung befinden, um befüllt, weiterverarbeitet oder von einem Roboterarm aufgegriffen zu werden. Zahlreiche dieser typischen Erkennungsaufgaben lassen sich mit der Lichtschnitt-Technologie sicher lösen.
Lichtschnitt-Sensoren bieten meistens eine einfachere Parametrierung als 2D-Vision-Sensoren. Sie nutzen das Prinzip der Triangulation, mit dem sich Höhenprofile und Kantenverläufe über eine projizierte Laserlinie hochgenau detektieren lassen: Die bekannten Abstände und Winkel des Dreiecks aus Lichtquelle, Kamera und Objekt erlauben die genaue Berechnung der Positionen aller Bildpunkte der Projektionslinie auf dem betrachteten Zielobjekt.

Robust gegen Störeinflüsse

Die Verwendung des scharf abgegrenzten Laserstrahls liefert einige entscheidende Vorteile, etwa gegenüber normalen Vision-Sensoren. Beispielsweise lassen sich mit Lichtschnitt-Sensoren auch kontrastschwache Objekte gut erkennen – dies gilt sogar für Objektkontraste bis Null. Zur Detektion ist lediglich ein Höhenversatz nötig. 
Zudem ist das Lichtschnitt-Verfahren wesentlich robuster gegenüber Fremdlicht und wechselnden Beleuchtungssituationen. Bei 2D-Vision-Sensoren können insbesondere (unerwartete) Lichtänderungen die Erkennungsleistung deutlich herab- oder sogar ganz außer Kraft setzen, beispielsweise wenn Tageslicht durch ein Fenster einfällt. Grundsätzlich sind bei Vision-Sensoren Belichtungszeit, Anordnung des Geräts und gegebenenfalls auch eine externe Beleuchtung exakt an die Gegebenheiten der Applikation anzupassen. Bei Lichtschnitt-Sensoren ist für die allermeisten Anwendungen die Belichtungs-automatik vollkommen ausreichend, über die das Gerät idealerweise verfügt.
Diese Eigenschaften machen Laserlichtschnitt-Sensoren wie den ‚SmartRunner Matcher‘ von Pepperl+Fuchs interessant zum Beispiel für Anwendungen der Automobilindustrie, der Verpackungstechnik, der Logistik und grundsätzlich im Maschinen und Anlagenbau. 

Prüfen unabhängig vom Kontrast

In der Karosseriefertigung etwa gilt es zu überprüfen, ob Fixierelemente wie Niete, Schrauben, Clips und Blindstopfen anwesend und in korrekter Position montiert sind. Oft unterscheiden sich diese Kleinteile nur schwach vom Hintergrund, und der Kontrast ist sehr gering. Die Lichtschnitt-Lösung meistert diese Herausforderung problemlos: Der Sensor erfasst die Höhenprofile unabhängig von Farbe und Oberflächenbeschaffenheit und gibt über seine Schaltausgänge je nach Detektionsergebnis ein Good- oder Bad-Signal aus. Wird der Sensor auf einem Roboterarm montiert, lassen sich mit ein und demselben Gerät sogar verschiedenartige Elemente beziehungsweise Szenen verifizieren. Dazu muss lediglich eine Sensorausführung verwendet werden, die mehrere Erkennungsprofile abspeichern kann.
Weitere Anwendungen in der Automobilindustrie sind unter anderem das 
Überprüfen von Verankerungen an Montageschlitten (Skidbolzen), das Überprüfen von Blechteilen auf Fehlerfreiheit vor Schweißvorgängen oder die Kontrolle, ob Antivibrationspads (Stickys) korrekt geklebt sind.

Verdrehungserkennung von Fertiggerichtschalen. Die Lichtschnitt-Technologie bietet eine zuverlässige Erkennung von Fertig­gerichtschalen auch bei geringen Kontrasten.

© Pepperl+Fuchs

Auch die Verpackungsindustrie kann von der Lichtschnitt-Technologie profitieren. Ein Beispiel: Beim Verpacken von Fertig-gerichten werden häufig Plastikschalen mit mehreren Fächern verwendet, die es erlauben, Hauptgericht und Beilagen aus geschmacklichen und ästhetischen Gründen bis zum Verzehr getrennt zu halten. Das einwandfreie Trennen der Komponenten ist sowohl für die Kundenakzeptanz als auch das korrekte luftdichte ­Verschweißen eine unabdingbare Voraussetzung. Deshalb ist es notwendig, die Orientierung der Schalen vor dem Befüllen zu kontrollieren. Auch hier bietet sich ein Lichtschnitt-Sensor an, da die einfarbigen, meist weißen Schalen naturgemäß kaum Kontraste bieten. Durch das Erkennen der Höhenprofile liefert der Sensor stets zuverlässige und eindeutige Ergebnisse.

Sofort einsatzbereit

Tim Weis ist Produktmanager für Vision-Sensoren bei Pepperl+Fuchs in Mannheim.

© Pepperl+Fuchs

Die Laserlichtschnitt-Technologie birgt viel bis dato ungenutztes Potenzial. Dabei lassen sich alle genannten Anwendungen etwa mit dem Laserlicht-schnitt-Sensor ‚SmartRunner Matcher‘ realisieren. Das Gerät kombiniert einen hochpräzisen Lichtschnitt-Sensor und einen Vision-Sensor in einer kompakten Einheit. Werkseitig ist es optimiert auf das Wiedererkennen einer zuvor eingelernten Referenzkontur, kann bis zu 32 Profile speichern und ist als Plug&Play-Lösung sofort in Applikationen integrierbar. Die Auswertungsergebnisse werden als Good- oder Bad-Signal an Schaltausgängen ausgegeben, die jede Steuerung verarbeitet. Auch Feldbus-Lösungen und Gateways für Profinet, Profibus, Ethernet IP und Ethercat stehen zur Verfügung.
Ein interessantes Merkmal ist die Möglichkeit, die Abweichung der aktuellen zu der eingelernten X- und Z-Position auszugeben. Denn: Sollte eine Anwendung kein genaues Triggern erlauben, eignen sich Standardsensoren wie Lichttaster oder Ultraschall-Sensoren nicht zur Anwesenheitserkennung. In einem solchen Fall kann der Laserlichtschnitt-Sensor die geometrischen Verschiebungen an die Steuerung liefern. Eine LED-Beleuchtung onboard hilft dabei, Bilddokumentationen von Fehlern, Prozesszuständen und Qualitätsmerkmalen zu erstellen. Alternativ lässt sich der Sensor über Data-Matrix-Steuercodes parametrieren, sodass kein PC notwendig ist.