Industrie durch Einsatz von Lichtschranken revolutioniert!?

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Lichtschranken sorgen in vielen Bereichen für eine bessere Effizienz. Durch die moderne Sensorentechnik wird die Automatisierung in der Industrie vorangetrieben.

Lichtschranken für Lagertechnik und Logistik

Die Vielfalt von Gütern lässt sich durch die dafür entwickelten Detektoren leichter automatisieren. Das zeigt ein Überblick der modernen Lichtschranken, die beispielsweise in der Fördertechnik eingesetzt werden. Intralogistische Prozesse stellen eine große Herausforderung dar, die mithilfe der entsprechenden Maschinen besser bewältigt werden kann. Besonders relevant ist dabei die Flexibilität bei der Produktion, Weiterverarbeitung und Kommissionierung: Häufig werden verschiedenartige Objekte kurz nacheinander bearbeitet.

Die Maschinen müssen deshalb sofort erkennen, um welche Güter es sich handelt. Im Bedarfsfall ist ein schnelles Umschalten von einer Großserie auf wenige Einzelprodukte nötig. Das gelingt besser, wenn sich der Bearbeitungsprozess nicht auf die Chargen bezieht, sondern auftragsbezogen abläuft. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, sind leistungsfähige Steuerungskonzepte unverzichtbar. Durch die geeigneten Sensoren sollen die Objekte präzise erkannt werden. Auf dieser Basis erfolgt die entsprechende Weiterbearbeitung oder Sortierung.

Video: Lichtschranke am Arduino – Einführung & Programmcode

Lichttechnologie für die Objekterkennung

Bei der Erkennung berücksichtigen die eingesetzten Sensoren alle wichtigen Merkmale der betreffenden Objekte. Neben der Form und Farbe muss auch die jeweilige Umgebung samt Hintergrund zu detektieren sein. Zu den funktionierenden Innovationen in diesem Bereich gehört die Objekterkennung mit Lichtband.

Hierbei handelt es sich typischerweise um Reflexions-Lichtschranken, die mithilfe eines punktförmigen Lichts und einem Spiegel arbeiten. Dieses Modell eignet sich jedoch nicht für alle Objektarten, denn eine durchbrochene Oberfläche kann die präzise Erkennung erschweren. Auch bei Paketen, die umschrumpft wurden, und bei Paletten kann es wegen störender Lichteffekte Schwierigkeiten geben. Für solche Aufgaben eignen sich vor allem Lichtgitter, die durch ihre bedarfsgerechte Bandbreite und eine höhere Auflösung bessere Resultate erzielen.

Spezielle Entwicklungen für die Lichtdetektoren: Der variable Objektsensor

Besondere Innovationen wie ein variabler Objektsensor können die Detektion deutlich verbessern. Ein solches System funktioniert mit einer speziellen Fresnel-Linse. Diese fächert den gebündelten Lichtstrahl von einer Sendediode auf ein Lichtband in der geeigneten Breite. Das gespiegelte Licht erhält eine Fokussierung durch die Linse direkt auf die empfangende Diode. So ein variabler Objektsensor hat die gleichen Maße wie die Standardsensoren, kann also problemlos in die Umgebung integriert werden.

Die folgenden Punkte sind beim Einsatz dieser Sensoren zu berücksichtigen:

  • Über eine Reichweite von 5 Metern sind die Lichtbandkanten gleichförmig.
  • Das funktionale Prinzip vom aufgefächerten Lichtband ermöglicht einen sehr viel breiteren Einsatzbereich, als es beim herkömmlichen Sensor der Fall ist.
  • Mit dem Lichtband, das eine Breite von bis zu 6 cm haben kann, lassen sich diverse Objekte erkennen, die sich zwischen dem Sensor und dem reflektierenden Element befinden. Im gesamten Strahlenbereich ist kein Totbereich vorhanden
Lichtschranken sorgen in vielen Bereichen für eine bessere Effizienz. Durch die moderne Sensorentechnik wird die Automatisierung in der Industrie vorangetrieben. (#01)

Lichtschranken sorgen in vielen Bereichen für eine bessere Effizienz. Durch die moderne Sensorentechnik wird die Automatisierung in der Industrie vorangetrieben. (#01)

Detektion von variablen Objekten

Im industriellen Betrieb wird häufig mit variablen Objekten gearbeitet, ob es um einzelne oder überhängende Bauteile geht, um Höhenunterschiede bei Trägern, um Abstufungen oder um minimale Beschädigungen. Für die entsprechende Erkennung war es jedoch lange Zeit nicht einfach, den geeigneten Sensor zu finden. Die Erkennung im Zusammenhang mit Gitterboxen stand vor einem großen Hindernis, denn bei den meisten Sensoren traten Schwierigkeiten mit der Struktur des Gitters auf. Ebenfalls problematisch waren Reste von Verpackungen, beispielsweise Folienfetzen oder andere Kleinteile: Die Sensoren sollten solche kleinen Objekte ignorieren.

Den neuen Detektions-Sensoren gelingt es, die Gitterbox oder die umwickelte Palette zu ignorieren, auch wenn das Objekt selbst relativ klein ist oder sich etwas weiter entfernt vom Sensor befindet.

Mit diesen Vorteilen überzeugen die innovativen Lichtschrankensysteme in zahlreichen Situationen:

  • Bei der Positionserkennung,
  • bei der Überstandkontrolle,
  • bei der Freiraumprüfung,
  • um weitere Komponenten und Arbeitsschritte zu aktivieren,
  • um Muting-Funktionen zu aktivieren, die wiederum die Arbeitssicherheit erhöhen.

Rahmenlichtschranken mit leistungsstarken Sensoren

Im Bereich der Objekterkennung sind Rahmenlichtschranken sehr nützliche Tools. Hierbei handelt es sich um einen Vorhang aus Infrarotlicht, der mit Sender- und Empfängerdioden eingerichtet wird. Diese Dioden sind in Form von gegenüberliegenden Schenkeln angeordnet. Mithilfe der Sensoren ist es möglich, selbst extrem kleine Elemente präzise zu erfassen, unabhängig von ihrer Farbe, dem Material und der Oberflächenbeschaffenheit.

Für Rahmenlichtschranken gibt es viele Beispiele, von der Überwachung kleinster Bauteile über die Werkzeugsicherung an Maschinen bis hin zur Auswurf- oder Fadenbruchkontrolle. Innovative und leistungsfähige Sensoren messen die exakte Größe der Objekte oder separieren unterschiedliche Formate voneinander. Im Vergleich zu Einweg-Lichtschranken ist eine signifikant höhere Auflösung bei den Rahmenlichtschranken möglich, zudem verkürzt sich die Ansprechzeit und man kann die Lichterkennung an die individuelle Umgebung anpassen und sicher montieren.

Im Vergleich zu früher hat sich die Selbstbedienung stark verändert. Heute nehmen die Kunden die ausgesuchten Produkte aus dem Verkaufsregal, scannen mit ihrem Smartphone den Barcode, um sich über die Ware zu informieren, und füllen auf diese Weise ihren Einkaufswagen. (#02)

Im Vergleich zu früher hat sich die Selbstbedienung stark verändert. Heute nehmen die Kunden die ausgesuchten Produkte aus dem Verkaufsregal, scannen mit ihrem Smartphone den Barcode, um sich über die Ware zu informieren, und füllen auf diese Weise ihren Einkaufswagen. (#02)

Von der Empfindlichkeitsnachregelung zur Diagnose

Durch eine Empfindlichkeitsnachregelung, die bei dem variablen Objektsensor automatisch durchgeführt wird, verringert sich der Reinigungszyklus. Für die Montage kommen die Standardzubehörteile zum Einsatz, die in der Intralogistik zur Grundausstattung gehören. Die Elemente sind somit kompatibel mit den üblichen Baureihen. Bei den schaltenden Sensorgeräten kommen die klassischen Anschlüsse wie M12-Stecker zum Einsatz sowie PNP- und NPN-Signale.

Im Anschluss an die Objekterkennung erfolgt im Allgemeinen die Identifikation. Sie ist ein wichtiger Schritt im Rahmen des Arbeitsprozesses. Zumeist wird in diesem Schritt auf der Basis von optischen 1D- und 2D-Codes gearbeitet, die von den geeigneten Scannern ausgelesen werden. Zum aktuellen Zeitpunkt gehört die Einbindung ins Steuerungssystem dazu, des Weiteren sind die Parametrierung und die Diagnoseoption wichtige Bestandteile. Unter diesem Aspekt sind zurzeit besonders die Scanner mit eingebauter Feldbusschnittstelle gefragt, bei denen die Parameter unmittelbar an die Steuerung weitergeleitet werden.

Durch die Kopplung der Geräte ist eine gute Diagnosefähigkeit sichergestellt. Sämtliche Dienste, die über die Steuerung und die Schnittstelle zugänglich sind, lassen sich direkt nutzen. Das ist unter anderem dann hilfreich, wenn es zu einer Störung kommt, die möglichst schnell behoben werden muss. Durch die Benutzung auch im Gerät selbst lassen sich die Ursachen zügig ermitteln. Bei einem Netzwerk, das auf Ethernet basiert, sorgt ein integrierter 2-Port-Switch für eine gezielte Problemlösung. Mit dieser Komponente ist es möglich, eine Linientopologie zu produzieren.

Lichtschrankensensoren: Einsatzmöglichkeiten im Verkauf

Die Lichtschrankensysteme sind nicht nur direkt im industriellen Betrieb zu finden, sondern sie werden inzwischen auch im Handel verwendet. Die Kunden, die im Supermarkt oder im Möbelhaus einkaufen, können ihre Waren selbst scannen. Dafür ist jedoch die dazugehörige App erforderlich.

Im Vergleich zu früher hat sich die Selbstbedienung stark verändert. Heute nehmen die Kunden die ausgesuchten Produkte aus dem Verkaufsregal, scannen mit ihrem Smartphone den Barcode, um sich über die Ware zu informieren, und füllen auf diese Weise ihren Einkaufswagen. Neben den Produktinformationen und Werbevideos, die auf dem Smartphone zu sehen sind, können die Händler noch Bildschirme an den Regalen platzieren. So sieht vermutlich der zukünftige Einkauf im Supermarkt aus.

In einigen Ländern ist der Supermarkt ohne Verkäufer und Kassierer schon Realität geworden. Für den Einkaufswagen wird kein Chip mehr benötigt, man muss nicht ewig lange an der Kasse warten und es gibt keine Irrtümer mehr bei den Preisen: Das ist der Erfolg der modernen Vernetzung. Präzise arbeitende Sensoren und eine anspruchsvolle IT machen vieles möglich, und was heute noch in den Kinderschuhen steckt, kann schon in wenigen Jahren weit fortgeschritten sein.

Die Funktionsweise der Lichtschranken im Geschäft

Die Objekterkennung in der Industrie ist sozusagen das Vorbild für die neuen Konzepte im Handel. Beim Einkaufen stecken die Kunden ihr Handy in den Einkaufswagen und schieben diesen durch eine Lichtschranke. Nun kommt das RFID-System zum Einsatz. Durch die RFID-Technologie (radio-frequency identification) wird sofort festgehalten, welche Person den Laden betritt. Auf dem Handy erscheinen personalisierte Produktangebote, gleichzeitig startet eine Kontrolle, denn schließlich sollen Diebstähle verhindert werden.

In einem solchen Laden scheint Kassenpersonal überflüssig zu sein. Für die Einzelhändler ist das momentan vielleicht noch nicht vorstellbar, doch diejenigen, die sich bereits für die zukunftsorientierten Systeme entschieden haben, erkennen die verbesserte Effizienz und den hohen Komfort. Mit dem guten Überblick über das Geschäft ist eine hohe Sicherheit vorhanden und der Stressfaktor entfällt.

Die Geräte, die sich im Supermarkt oder in einem anderen Laden befinden, haben eine hohe Betriebsbereitschaft, zudem sprechen die Fachleute von einer besseren Verfügbarkeit der Einkaufswagen und auch der Waren selbst. Grundlage dafür ist der ständige Überblick über die Standpunkte der Wagen sowie über die Warenbestände. Wenn es am Pfandautomaten eng wird oder die Gemüseregale aufgefüllt werden müssen, erhält der Manager eine frühzeitige Info, sodass eine kurzfristige Reaktion in die Wege geleitet werden kann.

Video: Elektronik Tutorial 11 eigene Lichtschranke bauen

Optische Störgrößen vermeiden

Bei den unterschiedlichen Bereichen, in dem die Lichtschranken eingesetzt werden, können gewisse Störfälle auftreten. Im praktischen Betrieb werden oft gleich mehrere Maßnahmen dagegen eingeleitet, die jedoch nicht immer zum gewünschten Ziel führen. Gerade wenn optische Störgrößen behoben werden sollen, setzen die Verantwortlichen zunächst häufig auf kleine Tricks. Sie bringen zum Beispiel einen Tubus vor der Empfangsdiode an, damit das Einstrahlsignal nicht von zu viel Fremdlicht beeinträchtigt wird. Es gibt jedoch nicht gegen jedes Störsignal eine geeignete Applikation, zudem kann der Platz für solche Gegenmaßnahmen fehlen.

In vielen Fällen helfen optische Filter, um die Lichtschranken gegen das Umgebungslicht abzuschirmen. Durch den Filter wird die Bandbreite des Lichtspektrums verringert. Für die bessere Erkennung bei Infrarot-Licht können beispielsweise Fotodioden mit IR-Filter verwendet werden. Dennoch kann es durch das Sonnenlicht oder andere langwellige Strahlen weiterhin zu einer Störgröße kommen.

Mit Sendeprotokollen erhält man eine bessere Betriebssicherheit der Sensoren. Bei einem pulsbetriebenen Sender ist eine unkomplizierte Abgrenzung zum vorhandenen Umgebungslicht möglich. Wenn hier die niedrigeren Frequenzen des Umgebungslichts und gleichzeitig die höheren Störfrequenzen herausgefiltert werden, ist die Lichtschrankenfunktion nicht mehr abhängig von dem Gleichlichtpegel.

Mehr Sicherheit durch vormontierte Sets

Die Sicherheitslichtschranken sind oft als mehrstrahlige Sicherheits-Lichtvorhänge erhältlich, die bereits vormontiert sind. Diese erlauben eine einfache Ausrichtung der Sensoren. So braucht man keine umständliche Kombination von einzelnen Bauteilen durchzuführen und erleichtert sich den Aufbau und die sichere Inbetriebnahme.

Die Sicherheit wird durch die stabilen Befestigungssätze gewährleistet, die bei der Bodenmontage eingesetzt werden. Häufig befinden sich Federelemente in den Standfüßen, die eine Rückstellung im Anschluss an mechanische Belastungen unterstützen.


Bildnachweis:©Shutterstock-Titelbild: sarawut muensang  -#01: Surasak_Photo -#02: Dean Drobot

Über 

Rebecca Liebig ist gerade im achten Monat schwanger. Voller Vorfreude auf ihr Baby genießen sie und ihr Mann die spannende Zeit. Von der ersten Übelkeit bis hin zu den Bewegungen ihres Mädchens halten sie alles fest. Schließlich möchte man sich später ja auch an diese Zeit erinnern. Bei der Planung des Kinderzimmers gehen die Vorstellungen zwar auseinander. In einem sind sich Rebecca und ihr Mann jedoch einig: Die aufregende Zeit wollen sie so richtig genießen. Rebecca plant, drei Jahre mit ihrer Tochter zu Hause zu bleiben. Auch ihr Mann möchte zwei Monate Elternzeit nehmen.

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