Kontrast- und Farberkennung in einem Sensor kombiniert

Schnelle, softwareunterstützte Formatwechsel reduzieren die Stillstandszeit und optimieren die Materialausnutzung bei Verpackungsprozessen. Zum Erkennen von Druckmarken in Verpackungsmaschinen kommen überwiegend Kontrastsensoren zum Einsatz. Mit seinen neuen Produktfamilien KTS und KTX will Sick Maßstäbe bei der Analyse von Erkennungsmerkmalen setzen: Mit ihrer patentierten Twineye-Technologie zur Kontrasterfassung, der Dreifarbigen-LED mit einem präzisen, farbdurchmischten Lichtfleck und einer verbesserten Graustufenauflösung sowie einem niedrigen Jitter bei hohen Schaltfrequenzen eignen sich die Sensoren für das Erfassen von komplexen Etiketten und – erstmals kombiniert in einem Gerät – auch von Farben. Der integrierte IO-Link und Zusatzfunktionen, wie eine Rezepturverwaltung, erweitern das Einsatzspektrum der Kontrastsensoren.

In allen Branchen der Verpackungsindustrie, ob Pharma, Kosmetik, Nahrungs- und Genussmittel, Haushaltswaren oder Hygiene, zählt eine verlässliche Qualität. Codierdrucker beispielsweise bringen Data-Matrix-Codes auf Sekundärverpackungen auf, deren lückenlose Überprüfung und Rückverfolgbarkeit einen entscheidenden Teil des Qualitätsprozesses darstellt. Bei der Kontrolle, ob der Druckvorgang der Codes erfolgreich war und die Druckqualität ausreicht, kommt der Kontrastsensor vom Typ Print Detector der KTX/KTS-Reihe mit Vistal-Gehäuse in Schutzklasse 3 zum Einsatz. Durch das Lochbild der Sensoren und die elektrische Anschlusstechnik ist die Produktfamilie KTX mit älteren Modellen kompatibel. Im Kompaktgehäuse eignet sich der KTS auch für die Montage unter beengten Platzverhältnissen. Verfügbar sind die Kontrasttaster in den funktional abgestuften Ausstattungsvarianten Prime und Core.

Kontrastdetektion neu definieren

Geringe Kontrastunterschiede zwischen Marke und Hintergrund, hochglänzende Oberflächen oder flatternde Materialbahnen sind Bedingungen, die einkanalig auswertende Kontrastsensoren vor Probleme stellen. Diese Herausforderungen löst die in den Prime-Ausführungen integrierte Twineye-Technik: Sie kennzeichnet ein erstmalig in Kontrastsensoren eingesetzter zweiter Empfangskanal, der das optisch aufgesplittete Remissionssignal analysiert und Störimpulse kompensiert. Dadurch vergrößert der zweite Kanal die Tiefenschärfe und erhöht die Tastweitentoleranz auf ± 5 mm. Mit diesen Eigenschaften ermöglicht das Twineye-Verfahren ein stabiles und prozesssicheres Schaltverhalten. Zudem steigert die Technologie die Prozess-Performance und verringert die Gefahr eines Maschinenstillstands.

LED kombiniert Kontrast- und Farbsensorik

Ein weiteres Merkmal der Kontrasttaster: die eigens entwickelte Dreifarb-LED. Sie erzeugt auf der Produktoberfläche einen fokussierten sowie konturierten Lichtfleck und erhöht so die Graustufenauflösung, verbessert ebenfalls die Tiefenschärfe und vergrößert die Schaltgenauigkeit der Sensoren. Darüber hinaus sind die Farbanteile von rot, grün und blau gut durchmischt – wodurch beim Wechsel der LED-Farbe kein Offset mehr entsteht und damit das Nachjustieren an der Maschine entfällt. Bei anderen LEDs sind die Abstände zwischen den einzelnen LEDs (R-G-B) so, dass bei der automatischen Auswahl der besten Sendefarbe für den zu detektierenden Kontrast ein Versatz zwischen z.B grüner LED und roter LED entstehen kann und somit der Lichtfleck nicht mehr ganz die Marke abdeckt. Daraus resultiert ein ungenauer Schaltpunkt und die Maschine muss mechanisch nachjustiert werden. Während dem Teachprozess bewertet der Sensor das Verhältnis Marke zu Hintergrund mit allen drei LEDs (RGB) und wählt dann die für den jeweiligen Kontrast beste Sendefarbe aus. Außerdem können Anwender aufgrund der LED die Kontrastdetektion um das Merkmal Farbe erweitern. So erkennen die Sensoren in einem Gerät feine Kontrast- und Farbunterschiede und blenden störende Farbverläufe und Bedruckungen auf der Oberfläche oder Grundrauschen aus dem Detektionshintergrund aus.

Mini-Jitter und Maxi-Schaltfrequenz

Über IO-Link können Steuerungen Daten zum Sensor übertragen und umgekehrt. Sick

Geschwindigkeit und Genauigkeit – auf beides kommt es beim Einsatz von Kontrastsensoren an. Während der KTS Core über eine Ansprechzeit von 20 µs und einen Jitter von 10 µs verfügt, haben die Prime-Modelle 10 µs Ansprechzeit und 5 µs Jitter. Die Bestmarke der Baureihe in Sachen Geschwindigkeit und Präzision setzten die High Precision-Ausführungen der Prime-Varianten: deren Jitter beträgt nur 3 µs bei einer Schaltfrequenz von 70 kHz. Mit diesen Werten eignen sich die Sensoren für die hochfrequente Detektion von geringen Kontrastunterschieden oder komplexen Etiketten, die eine gute Auflösung der Graustufen benötigen.

IO-Link für Industrie 4.0

Über IO-Link können Steuerungen Daten zum Sensor übertragen, etwa zur Parametrierung. Prozess-, Service- und Diagnosedaten des Sensors lassen sich über die Schnittstelle per Steuerung abrufen und auf Bedienpanels visualisieren. Zusätzlich ermöglicht die in den Sensoren integrierte Zeitstempelfunktion die Positionsbestimmung von Objekten, beispielsweise für den Einsatz der Taster in synchronisierten Maschinenprozessen.

Bei der Chargen- und Rezeptverwaltung haben die Kontrastsensoren zwei Optionen: Download einer unbegrenzten Anzahl von Einstellungen aus dem Automatisierungssystem via IO-Link oder den Direktabruf eines der bis zu fünf hinterlegten Formate aus dem Speicher des Sensors. Verpackt die Maschine beispielsweise eine andere Geschmacksrichtung, wechseln häufig auch die Farben des Materials. Daraus folgt, dass der Kontrastsensor für die bestmögliche Erkennung der Marken wieder neu eingelernt werden muss, was bei mehreren Sensoren in einer Maschine lange dauert. Sind die Parameter der Formate jedoch als Job im Sensor eingelernt, können Anwender sie einfach abrufen. So erhält jeder Kontrastsensor in der Maschine automatisch das gleiche Setting wie Sendefarbe und Schaltschwelle.

Einfaches Teachen und Parametrieren

Die Prime-Varianten haben eine Sieben-Segment-Anzeige, die das Einrichten der Kontrastsensoren mit individuellen Einstelloptionen erleichtet, wobei die Navigation per Tasten die schnelle Eingabe und Abfrage von Parametern am Gerät ermöglicht – ebenso wie das Starten des Teach-Verfahrens für Sensor- und Prozesseinstellungen. Zusätzlich zeigt die Montage-Feedback-Funktion beim Anbringen und Einrichten des Sensors dessen optimalen Arbeitspunkt an.

Anwender können das Display drehen, sodass die Sensoren auch im montierten Zustand einfach zu bedienen sind und sich Informationen wie die Kontrastqualität oder die Montage-Feedback-Anzeige gut ablesen lassen. Eine auf die Grundfunktionen mit Balkenanzeige reduzierte Bedienoberfläche hat die Core-Version – entweder mit Funktionstasten oder in der Easy Teach-Ausführung mit einem Drucktaster.

(ml)