Intelligente Lichtschnittsensoren Lichtschnittverfahren macht Prozesse sicherer

Redakteur: Andreas Leu

Lichtschnitt-Sensoren nutzen ein hochgenaues und gegenüber Fremdlicht äusserst unempfindliches Verfahren, das sich für zahlreiche Verifikations- und Prüfaufgaben in der Industrie eignet.

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Hochgenaue Bereichsüberwachung zum Maschinenschutz mit dem SmartRunner Detector
Hochgenaue Bereichsüberwachung zum Maschinenschutz mit dem SmartRunner Detector
(Bild: Pepperl+Fuchs)

Das Lichtschnittverfahren ist lange bekannt, doch häufig sind etliche technische Hürden zu meistern, bevor es zur Lösung eigener Aufgabenstellungen taugt. Es nutzt das Triangulationsprinzip, bei dem eine Laserlichtquelle eine Linie auf das zu untersuchende Objekt projiziert, die von einem separaten Beobachtungspunkt erfasst wird. Lichtquelle, Objekt und Kamera bilden ein Dreieck, sodass sich aus der geometrischen Anordnung die Position der Bildpunkte auf der Projektions­linie berechnen lässt. Der Laserstrahl sorgt für hohe Präzision und stets genügend Kontrast, unabhängig von der Farbe und Oberfläche der zu detektierenden Objekte bzw. Hintergründe.

Anwendungsfreundliche Lösung

Aus diskreten Komponenten aufgebaute Lichtschnittlösungen mag man in wissenschaftlichen Anwendungen finden, für Industriezwecke scheidet das jedoch aus. Hier sind schnell einsetzbare und einfach konfigurierbare Systeme gefragt. Die Verfügbarkeit integrierter Lichtschnitt-Sensoren, bei denen Lichtquelle, Kamera und Auswertungseinheit in einem kompakten Gerät
vereint sind, macht die Technologie für den breiten Einsatz in der Automatisierung interessant. Doch auch hier gibt es signifikante Unterschiede. Etliche Geräte liefern zum Beispiel nur Rohdaten und überlassen die Interpretation und Auswertung dem Anwender. Dafür bedarf es detaillierter Programmier- und Systemkenntnisse.

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Einen besonders anwenderfreundlichen Ansatz verfolgen die Lichtschnitt-Sensoren vom Typ SmartRunner Matcher aus dem Haus Pepperl+Fuchs. Der Hersteller hat das Lichtschnittverfahren clever mit einem 2D-Vision-Sensor kombiniert. Lichtquelle, Kamera, Beleuchtung und die Auswerteeinheit sind optimal aufeinander abgestimmt.

Die Geräte sind werkseitig kalibriert und optimiert auf das Wiedererkennen von Höhenprofilen und Kantenverläufen in Industrieanwendungen, die man zuvor als Referenzprofile via Tech-in auf Knopfdruck einlernt. Alle für den optimalen Betrieb erforderlichen Parameter können über einen intuitiven Bedienungsassistenten ohne Studieren eines Handbuches einfach eingestellt werden. Das Auswerteergebnis ist von jedem Steuerungssystem weiterverarbeitbar, da es in Form eines Gut- oder Schlecht-Signals an Schalt­ausgängen zur Verfügung steht. Mit diesen Eigenschaften lässt sich der SmartRunner Matcher als anwendungsfreundliche und sofort einsetzbare Lösung charakterisieren.

Einsatzmöglichkeiten in allen Industrie­bereichen

Das Erfassungsfeld des Matcher ist einstellbar und je nach Variante bis zu 300 mm breit. Die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten reichen von der Automobilindustrie über die Verpackungstechnik bis in den Maschinenbau. Überall gilt es, Zulieferteile und Produkte auf Anwesenheit, Unversehrtheit, Vollständigkeit und korrekte Lage zu überprüfen. So erfordert das Greifen von Gegenständen mit Robotern in der Regel eine korrekte Ausrichtung der betreffenden Objekte. Ein entsprechend positionierter SmartRunner erfasst nach einem Triggersignal das Objekt, vergleicht die aktuelle Szene mit dem abgespeicherten Referenzprofil und gibt über den Ausgang die Freigabe. Daraufhin kann der Roboter gefahrlos zugreifen. Umgekehrt wird bei einer Nichtübereinstimmung sofort ein Warnsignal generiert, das die Weiterverarbeitung stoppt und entsprechende Massnahmen erlaubt, etwa das Ausschleusen fehlerhafter oder falsch liegender Teile.

Positionsdatenausgabe inklusive

Neben der Gut- oder Schlecht-Situation ist noch ein dritter Fall denkbar, der teilweise sogar recht häufig auftreten kann: Das Objekt ist fehlerfrei und liegt auch korrekt ausgerichtet auf dem Fliessband, ist jedoch innerhalb akzeptabler Toleranzgrenzen verschoben. Der SmartRunner Matcher ist in der Lage, solche X-, Z-Verschiebungen exakt zu ermitteln und beispielsweise als Korrekturdaten an die Robotersteuerung zu senden. Dazu nutzt er die Profinet- oder Ethernet-IP-­Schnittstelle, wofür passende Gateways zur Verfügung stehen.

Auch in Anwendungen, in denen das Augenmerk auf der Kontrolle sehr kleiner Objekte liegt, bewährt sich der Matcher bestens. Im Karosseriebau sind Fixierelemente wie Niete, Schrauben, Clips und Blindstopfen zu prüfen, was auch bei geringsten Kontrasten zuverlässig funktioniert. In der Lebensmittelbranche erfasst der Matcher Plastikschalen problemlos, wobei es keinerlei Rolle spielt, dass diese aufgrund ihrer weissen Farbe und der glatten Oberflächen kaum Kontraste bieten. Zur Kontrolle grösserer Objekte wie kompletter Karosserieteile, Paletten, Montageschlitten usw. reicht es aus, Höhenprofilverläufe an charakteristischen Stellen zu überprüfen, gegebenenfalls mit mehreren Lichtschnitt-Sensoren gleichzeitig. So lassen sich Anwesenheit und eine korrekte Lage im Raum problemlos in einem Schritt verifizieren.

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