Lösung der Herausforderungen bei der Kantenerkennung in der Materialhandhabung mit Breitstrahlsensoren

Materialtransportanlagen stehen heute vor der schwierigen Herausforderung, ein breites Spektrum von Verpackungen mit höheren Geschwindigkeiten zu verarbeiten und gleichzeitig die Erkennungsgenauigkeit hoch zu halten. Im E-Commerce wird alles von dünnen Versandtaschen bis hin zu sperrigen, unregelmäßigen Kartons gehandhabt, und diese Vielfalt an Paketen bereitet bei der Erkennung echte Probleme. Herkömmliche Sensoren mit schmalem Lichtstrahl können mit dieser Vielfalt nicht zuverlässig Schritt halten. Wenn Erkennungssysteme Pakete nicht erkennen oder Fehlalarme auslösen, führt dies zu verpassten Sendungen, Fehlleitungen und einer Verringerung des Durchsatzes.

In diesem Artikel wird erläutert, warum die Erfassung mit schmalen Strahlen in Anwendungen zur Materialhandhabung problematisch ist und wie die Breitstrahl-Retroreflexionstechnologie diese Probleme löst. Darüber hinaus werden praktische Schritte zur Implementierung des Breitstrahl-Retroreflexionssensors B25 von Banner Engineering in automatischen Sortierumgebungen beschrieben.

Herausforderungen bei der Erkennung von Paketen im Materialtransport

Retroreflexionssensoren senden einen Lichtstrahl vom Sensor zu einem Reflektor, der das Licht direkt zum Empfänger des Sensors zurückwirft. Wenn sich ein Objekt zwischen Sensor und Reflektor befindet, blockiert es das zurückgeworfene Licht und löst ein Erkennungssignal aus. Diese Technologie arbeitet zuverlässig in vielen industriellen Anwendungen, da sie nur einen Montageort für den Sensor benötigt, wobei der Reflektor gegenüberliegend am Förderbandrahmen positioniert wird.

Die Herausforderung liegt in der Breite des Lichtstrahls. Herkömmliche engstrahlende Reflexionslichtschranken erzeugen einen fokussierten Erfassungspunkt, der in der Regel nur wenige Millimeter breit ist. Während diese Präzision bei gleichbleibenden Paketen gut funktioniert, führt sie bei der Materialhandhabung zu Problemen, da die Anlagen alles von dünnen Mailern bis hin zu sperrigen, unregelmäßigen Kartons verarbeiten, oft mit unterschiedlichen Positionen und Bedingungen.

Bei schmalen Strahlen treten mehrere Erfassungsprobleme auf. Unzentrierte Pakete können den Strahl nur teilweise unterbrechen, was zu schwachen oder inkonsistenten Signalen führt. Objekte mit Löchern, Rissen oder offenen Klappen können den Strahl ungehindert durchlassen, selbst wenn ein Versandstück eindeutig vorhanden ist. Kleine Gegenstände wie Briefumschläge oder flache Versandtaschen können den schmalen Erfassungsbereich vollständig passieren, insbesondere wenn sie an der Förderbandkante entlanglaufen.

Auch die Förderbänder selbst tragen zu Erfassungsproblemen bei. Bandnähte, Oberflächenabweichungen und normales Bandflattern können falsche positive Signale auslösen, so dass es schwierig ist, zwischen tatsächlichen Packstücken und Bandunregelmäßigkeiten zu unterscheiden. Umwelteinflüsse wie Staubansammlungen auf Sensoren und Reflektoren verschlechtern allmählich die Leistung, während Temperaturschwankungen die Sensorempfindlichkeit beeinträchtigen.

Diese Einschränkungen zeigen sich in Form von verpassten Objekten, falschen Auslösern und einem geringeren Systemdurchsatz. In automatisierten Sortiersystemen können selbst kleine Unstimmigkeiten bei der Erfassung zu erheblichen Betriebsstörungen führen. Falsche Auslöser führen zu unnötigen Systemstopps, während verpasste Erkennungen Pakete an falsche Bestimmungsorte schicken, was zu zusätzlichen Bearbeitungskosten und Problemen beim Kundenservice führt.

Die grundlegende Einschränkung besteht darin, dass Sensoren mit schmalem Lichtstrahl bei Anwendungen, die von einer flächendeckenden Erfassung profitieren, einen einzigen Erfassungspunkt erzeugen. In der realen Welt des Materialtransports sind robustere Erkennungsfunktionen erforderlich, die verschiedene Packettypen und Positionierungsbedingungen zuverlässig verarbeiten können.

Retroreflektierende Breitstrahltechnologie: ein besserer Ansatz

Die retroreflektierende Breitstrahlerfassung überwindet die grundlegenden Beschränkungen der Schmalstrahlerfassung, indem sie den Erfassungsbereich erweitert und gleichzeitig die Zuverlässigkeit und Einfachheit der retroreflektierenden Technologie beibehält. Ein Beispiel dafür ist der Breitstrahl-Reflexionssensor B25 von Banner Engineering, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Breitstrahl-Reflexionssensor B25 von Banner Engineering mit LED-Anzeigen und TEACH-Taste (rund, gelb). (Bildquelle: Banner Engineering)

Der Breitstrahl-Reflexionssensor B25 erzeugt einen 25 mm breiten Erfassungsbereich anstelle der schmalen Punkterfassung herkömmlicher Sensoren. Dieser erweiterte Erfassungsbereich bedeutet, dass die Pakete nicht genau positioniert werden müssen, um eine zuverlässige Erfassung auszulösen. Unabhängig davon, ob ein Paket mittig auf dem Förderband liegt oder zu einer Kante hin positioniert ist, bietet der breite Strahl einen gleichmäßigen Erfassungsbereich, wie in Abbildung 2 bei anspruchsvollen dünnen Versandstücken und Polybeuteln gezeigt wird.

Abbildung 2: Breitstrahlsensor B25 zur Erkennung dünner Versandstücke mit 25 mm Strahlabdeckung. (Bildquelle: Banner Engineering)

Diese Methode ist besonders hilfreich bei Paketen mit Löchern, Rissen oder unregelmäßigen Kanten. Während ein schmaler Strahl eine Lücke in einer beschädigten Verpackung durchdringen kann, ist es mit dem breiten Strahl viel wahrscheinlicher, dass ein Teil der Verpackung genug Licht blockiert, um eine Erkennung auszulösen. Der Sensor kann Objekte bis zu einer Größe von 3 mm überall innerhalb des 25 mm großen Erfassungsbereichs zuverlässig erkennen und ist damit sowohl für kleine Umschläge als auch für größere Pakete geeignet. Abbildung 3 veranschaulicht diese Fähigkeit anhand eines Behälters, der Öffnungen aufweist, durch die ein schmaler Strahl unbemerkt hindurchgehen kann.

Abbildung 3: Erkennung von Objekten mit Löchern und unregelmäßigen Formen mit dem Breitstrahlsensor B25. (Bildquelle: Banner Engineering)

Leistungsvorteile in der realen Welt durch intelligente Lernfunktionen

Der B25 verfügt über adaptive Lernfunktionen, die sich automatisch an die Förderbedingungen anpassen. Der Sensor kann lernen, zwischen normalen Gurtmerkmalen und tatsächlichen Verpackungen zu unterscheiden. Dies hilft, falsche Auslöser durch Bandnähte, Oberflächenschwankungen und normale Bandbewegungen herauszufiltern. Das System optimiert die Erkennungsschwellen automatisch auf der Grundlage der Betriebsumgebung.

Bei Förderbandanwendungen bietet die Breitstrahlerfassung des B25 eine zuverlässigere Erkennung der Vorderkante, unabhängig von der Form oder Position der Verpackung. Dies führt zu einer besseren Zeitsteuerung bei Ausschleusungsvorgängen und einer genaueren Paketführung in Sortiersystemen.

Die Lernfähigkeit trägt dazu bei, die Leistung im Laufe der Zeit aufrechtzuerhalten, indem sie sich an Umweltveränderungen wie Staubansammlungen oder Temperaturschwankungen anpasst. Dies reduziert die Notwendigkeit einer häufigen Neukalibrierung und trägt dazu bei, eine gleichbleibende Erfassungszuverlässigkeit in anspruchsvollen industriellen Umgebungen zu gewährleisten.

Mit Reaktionszeiten von unter 0,5 ms und einer industrietauglichen Konstruktion (Schutzart IP67, Betriebsbereich von -30°C bis +60°C) bewältigt der B25 Highspeed-Prozesse und widersteht dabei auch rauen Materialtransportumgebungen.

Einsatz von B25-Sensoren in der Materialhandhabung

Die Inbetriebnahme von B25-Sensoren in der Materialhandhabung erfordert einfache Installations- und Konfigurationsschritte, die auf industriellen Standardverfahren aufbauen.

Beginnen Sie mit der richtigen Positionierung des Sensors. Montieren Sie den B25 so, dass er senkrecht zum Reflektor steht, und berücksichtigen Sie dabei die Breite des Förderbandes und den Bereich der zu erfassenden Packethöhen. Der Sensor arbeitet in einem Abstand von bis zu 2 m zum Reflektor, was eine flexible Positionierung für verschiedene Förderbandkonfigurationen ermöglicht.

Der geeignete Reflektor für die meisten Anwendungen ist der quadratische Reflektor BRT-51X51BM, der sich für die meisten Materialtransportanlagen eignet. Stellen Sie sicher, dass sowohl der Sensor als auch der Reflektor sicher befestigt sind, um vibrationsbedingte Ausrichtungsprobleme zu vermeiden.

Der Konfigurationsprozess ist sehr einfach gestaltet. Für einfache Anwendungen bietet die integrierte TEACH-Taste mit LED-Balkenanzeige eine klare Rückmeldung über die aktuellen Einstellungen. Das statische TEACH funktioniert gut, wenn die Packettypen und die Förderbedingungen einheitlich sind, während sich das dynamische TEACH besser an gemischte Anwendungen mit unterschiedlichen Packeten und Bandeigenschaften anpassen lässt. Die Konfigurationstabelle in Abbildung 4 zeigt die gesamte Palette der über die TEACH-Schaltfläche verfügbaren Einstellungsoptionen.

Abbildung 4: Konfigurationsmöglichkeiten des Breitstrahlsensors B25, einstellbar mit Hilfe der TEACH-Taste und LED-Anzeigen. (Bildquelle: Banner Engineering)

Für Sensoren, die an schwer zugänglichen Stellen montiert sind, ermöglicht die Option der Fernprogrammierung der Eingänge eine Konfiguration über die Kabelanschlüsse mit einfachen Impulsfolgen.

Der B25-Sensor lässt sich über diskrete Standardausgänge problemlos in bestehende Steuerungssysteme integrieren. Der 4-polige M12-Stecker bietet Stromversorgung, diskrete Ausgänge und IO-Link-Kommunikation in einer einzigen Verbindung. Für Anlagen, die bereits eine IO-Link-Infrastruktur nutzen, kann der B25-Sensor erweiterte Diagnose- und Echtzeit-Überwachungsdaten liefern.

Banner bietet AOI-Dateien (Add-on Instructions) für SPSen von Rockwell Allen-Bradley, die die Integration vereinfachen und den Zugang zu erweiterten Sensorfunktionen über bestehende Programmierumgebungen ermöglichen.

Die meisten Installationen können mit Standard-Montagematerial und elektrischen Anschlüssen durchgeführt werden, so dass der Breitstrahlsensor B25 eine praktische Aufrüstungsmöglichkeit für bestehende Schmalstrahlsensoren darstellt.

Fazit

Die Technologie der retroreflektierenden Breitstrahlsensoren löst die Probleme, denen sich Sensoren mit schmalen Strahlen in verschiedenen Umgebungen zur Materialhandhabung gegenübersehen. Der 25 mm große Erfassungsbereich des Breitstrahlsensors B25 erkennt unabhängig von der Positionierung zuverlässig Objekte bis zu einer Größe von 3 mm, bewältigt Pakete mit Löchern und unregelmäßigen Kanten und passt sich automatisch an die Bandeigenschaften an. Für die Materialhandhabung, die mit fehlenden Erfassungen und Fehlauslösungen zu kämpfen haben, bietet der B25-Sensor eine verbesserte Zuverlässigkeit, während er die Einfachheit der traditionellen retroreflektierenden Technologie beibehält.