Rechts: Vorderseite des Farbsensors mit einer Abblasvorrichtung, die die Optik von Mehlstaub befreit. Links der Abfüllstutzen.

Rechts: Vorderseite des Farbsensors mit einer Abblasvorrichtung, die die Optik von Mehlstaub befreit. Links der Abfüllstutzen. ipf electronic

Eine Weizen- und Roggenmühle im Saarland füllt pro Stunde etwa 250 Mehlsäcke vollautomatisiert ab. Der Prozess soll dabei zuverlässig erfolgen, damit kein Mehl in die Maschinen- und Anlagentechnik in der unmittelbaren Umgebung gelangt. Daher benötigte das Unternehmen einen Sensor, der das Vorhandensein eines Papiersacks auf dem Füllstutzen überwacht. Der Sensor muss hierbei aus einer Entfernung von 280 mm zwischen Füllstutzen und aufgestülptem Papiersack unterscheiden. Außerdem muss er sich für den Einsatz in einem explosionsgeschützten Bereich der Zone 22 eignen und in einer extrem staubhaltigen Umgebung funktionieren.

Beim Abfüllen von Mehl werden Papiersäcke automatisiert über einen Stutzen abgefüllt, auf dem sich das Mehl ablagert. Diese variierenden Rückstände sind für Sensoren ein Problem.

Beim Abfüllen von Mehl werden Papiersäcke automatisiert über einen Stutzen abgefüllt, auf dem sich das Mehl ablagert. Diese variierenden Rückstände sind für Sensoren ein Problem. ipf electronic

Da die einzelnen Papiersäcke in Farbe und Glanzgrad stark variieren, kam ein Einlernen beziehungsweise Teachen der vielen Sackvarianten nicht in Frage. Stattdessen entschieden sich die Projektierer von ipf electronic mit einem spezifischen Sensor den metallischen Abfüllstutzen abzufragen. Entscheidend für die Freigabe des Abfüllprozesses ist somit der Signalwechsel von „eingelernter Füllstutzen erkannt“ zu „undefinierter Zustand“ (Sack vorhanden).

Spezielle Vorsatzoptik fokussiert den Blick

Der Farbsensor OF650180 mit Glasfaserlichtleiter und einer speziellen Vorsatzoptik mit XXL-Linse in Bauform M34

Der Farbsensor OF650180 mit Glasfaserlichtleiter und einer speziellen Vorsatzoptik mit XXL-Linse in Bauform M34 ipf electronic

Um diese Aufgabe zu realisieren, installierte das Unternehmen einen Farbsensor der Serie OF65. Genauer das Modell OF650180 mit einem Lichtwellenleiteranschluss. Dieser macht die Verwendung eines Glasfaserlichtleiters möglich, wodurch der Farbsensor außerhalb des räumlich begrenzten explosionsgefährdeten Bereichs installiert werden konnte. Eine Besonderheit ist weiterhin die Vorsatzoptik auf dem Lichtleiter: Um bei dem erforderlichen Arbeitsabstand von 280 mm eine möglichst hohe Beleuchtungsstärke zu erzielen, wurde anstelle der Standardzoomlinse eine XXL-Linse in der Bauform M34 verwendet. Diese ermöglicht es, die Projektion des Lichtpunktes auf dem Füllstützen sehr stark zu fokussieren. Zudem befreit eine kundenseitige, zyklisch ansteuerbare Abblasvorrichtung die Optik von Mehlstaub. Ein besondere Herausforderung sind allerdings die variierenden Mehlablagerungen auf dem Stutzen, die nach jeder Abfüllung entstehen. Aufgrund dieser Rückstände erhält der Farbsensor bei der Detektion stets unterschiedliche Farb- und Intensitätswerte. Daher hätte eine konstante Parametrierung keinen Sinn ergeben.

Farbsensor lernt stetig dazu

Das Problem ließ sich durch eine für die Parametrierung der Farbsensoren entwickelten Software lösen. Nach jedem Abfüllvorgang übernimmt der Sensor die Farb- und Intensitätswerte des Stutzens als aktuelle Daten über ein Teach-Signal der übergeordneten SPS. Gleichzeitig optimiert die Software die Belichtungseinstellungen, wobei die Werte auf dem RAM des Sensors gespeichert werden.

Rückwärtige Ansicht: Für den Farbsensor wurde die Seitenwand der automatisierten Abfüllanlage geöffnet.

Rückwärtige Ansicht: Für den Farbsensor wurde die Seitenwand der automatisierten Abfüllanlage geöffnet. ipf electronic

Bei den Sensoren der Serie OF65 lassen sich außerdem verschiedenen Betriebsarten für die Sende-Lichtquelle einstellen. Der optimale Modus hängt dabei ab von der Farbe und den Reflexionseigenschaften eines zu detektierenden Objekts. In dieser Anwendung wählten die Projektierer die Betriebsart Pulse. Der Modus beaufschlagt (pulst) die Sende-LED des Farbsensors kurzzeitig mit einem bis zu dreifachen Nennstrom, wodurch die Lichtintensität der LED ihr Maximum erreicht. So erhält der Sensor trotz des geforderten Tastabstands sowie der Mehlablagerungen ein verwertbares Empfangssignal vom Füllstutzen.

Sicheres Erkennen per Intensitätswerte

Beispielhafte Darstellung der Softwareoberfläche für Farbsensoren zur Unterscheidung von zwei nahezu identischen Farben durch die Intensität mit dem Auswertemodus XY INT – 3D: Das obere Fenster stellt das Verhältnis der beiden Farbachsen zueinander dar. Die beiden unteren Fenster zeigen das Verhältnis von je einer Farbachse zur Intensität. Der Modus XY INT – 3D wertet die Farbe in einem dreidimensionalen Raum aus, wobei die Intensitätsempfindlichkeit zirka um den Faktor 10 höher liegt, als in der Standardeinstellung.

Beispielhafte Darstellung der Softwareoberfläche für Farbsensoren zur Unterscheidung von zwei nahezu identischen Farben durch die Intensität mit dem Auswertemodus XY INT – 3D: Das obere Fenster stellt das Verhältnis der beiden Farbachsen zueinander dar. Die beiden unteren Fenster zeigen das Verhältnis von je einer Farbachse zur Intensität. Der Modus XY INT – 3D wertet die Farbe in einem dreidimensionalen Raum aus, wobei die Intensitätsempfindlichkeit zirka um den Faktor 10 höher liegt, als in der Standardeinstellung. ipf electronic

Um den Füllstutzen von einem übergestülpten Sack anhand der gemessenen Daten zu unterscheiden, verwendet der Sensor außerdem den Auswertemodus XY INT – 3D. Eine weitere Eigenschaft der „True-Color“-Sensoren von ipf electronic ist in diesem Zusammenhang, dass sie über die zusätzliche Auswertung eines Intensitätswertes auch in der Lage sind, die Helligkeit und somit den Glanzgrad von Farben zu bewerten. Aufgrund der Glanzunterschiede zwischen den Sackoberflächen und dem glänzenden Stutzen, ändern sich die Intensitätswerte stärker als die Farbwerte. Da bei dem beschriebenen Auswertemodus die von einer Objektoberfläche reflektierte Lichtmenge relevant ist, und diese bei dem Füllstutzen auch bei Mehlbeaufschlagung immer deutlich höher ist, als bei den Säcken, kann der Füllstutzen stets von der Sackoberfläche differenziert werden. Zusätzlich erfolgt aber immer auch eine Farbbewertung (Koordinaten X und Y), wodurch die Zuverlässigkeit der Bewertung, ob sich ein Sack zur Abfüllung über dem Stutzen befindet, weiter steigt.