Steuerung von Robotertransfersystemen mit Laser-Distanzsensoren

Laser-Distanzsensoren haben zahlreiche Anwendungen in der Robotik- und Automatisierungsindustrie. Sie können viele verschiedene Facetten der Branche umfassen, aber dieser Artikel konzentriert sich auf die Nachrüstung von Zellen für veraltete Technologien mit Laser-Distanzsensoren als Positionssensoren.

Diese Sensoren können auf Entfernung extrem genau sein, was sie für viele verschiedene Arten der Steuerung öffnet. Es sollte jedoch beachtet werden, dass bestimmte Sicherheitsfunktionen in das System einprogrammiert werden sollten, um sicherzustellen, dass jeder Laserausfall sicher behandelt wird.

Traditionelle T-Cart-Kontrollmethoden

Um die T-Cart-Steuerung zu verstehen, ist es wichtig zu verstehen, woraus eine T-Cart-Operation genau besteht. Ein T-Wagen ist ein elektronisch gesteuerter Wagen, oft auf Metallschienen, der Paletten in einem automatisierten Palettiervorgang sortiert und bewegt. Diese Wagen bewegen Paletten in einer Lagerumgebung. Sie bringen die Paletten in der Regel von einem Satz Ladeförderbänder zum nächsten Schritt im Palettierungsprozess – oft zu einer Schrumpfverpackungsstation.

Abbildung 1. Ein schienengeführter Wagen. Bild mit freundlicher Genehmigung von Muratec

T-Wagen verwenden eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder einen Roboter, um Bewegungen zu steuern und als das „Gehirn“ hinter den Wagenvorgängen zu fungieren. Eine SPS kann verschiedene Eingaben verwenden, um zu interpretieren, wann und wohin die verschiedenen beladenen oder entladenen Paletten zu bringen sind. Die SPS benötigt Feedback vom T-Wagen selbst, um seine Position in seinen vielen verschiedenen Pfadkombinationen zu verstehen.

Endschalter

Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, Standortdaten von einem T-Wagen an die SPS oder das Robotersystem zur Steuerung bereitzustellen. Eine veraltete, aber gängige Praxis ist die Verwendung von Endschaltern, um die Position des Wagens zu übermitteln. Während Endschalter recht gut bei der Übermittlung der entsprechenden Informationen an die Steuereinheit funktionieren, haben sie bestimmte Fallstricke, die mit moderner Sensortechnologie leichter zu bewältigen sind. Endschalter erfordern auch eine umfangreichere Programmierung als andere Sensortypen, da sie zu jeder Zeit weniger Informationen weitergeben.

Abbildung 2. Der industrielle NEMA-Endschalter von Eaton. Bild mit freundlicher Genehmigung von Eaton

Während Endschalter für ein T-Cart-System funktionieren, haben sie Schwächen, die andere modernere Sensoren nicht haben. Zunächst einmal sind sie eine elektrische/mechanische Einheit. Mehrere Faktoren können ihre Leistung beeinflussen, da sie sowohl auf elektrische als auch auf mechanische Eingaben angewiesen sind, um richtig zu funktionieren. Aus praktischen Gründen können elektrische Probleme, die bei einem Endschalter auftreten, auch bei jeder anderen elektrischen Sensoreinheit auftreten, so dass sie in diesem Fall nicht berücksichtigt werden.

Da Endschalter für eine ordnungsgemäße Funktion eine physikalische Interaktion mit ihrer Umgebung erfordern, können sie leichter beeinflusst werden als Sensoren, die ausschließlich auf elektrischer Sensorik beruhen. Körperliche Abnutzung kann ein entscheidender Faktor für ihre Leistung sein. Im Laufe der Zeit kann der Schalter verschleißen und langsam anfangen, seine Funktionsweise zu ändern, was zu Problemen innerhalb der Zelle führt. Da die Änderungen subtil sind, können sie unbemerkt bleiben, bis ein katastrophaler Fehler auftritt. Schließlich können sie auch negativ beeinflusst werden, wenn eine äußere Kraft sie bewegt oder aus ihrer richtigen Position drückt.

Verwenden von Laser-Entfernungssensoren

Während viele Arten von Sensoren für ein T-Cart-System geeignet sind, konzentriert sich dieser Artikel auf Laser-Distanzsensoren. Ein Laser-Distanzsensor verwendet einen Laser, um den Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt zu bestimmen, mit dem der emittierte Laser interagiert.

Der Laser wird vom Sensor zu einem Objekt gesendet, dann von dem Objekt reflektiert und der Sensor empfängt das reflektierte Licht. Er verwendet die Zeit vom Senden des Strahls bis zum erneuten Empfangen, um zu sagen, wie weit das betreffende Objekt entfernt ist, ein sogenannter Time-of-Flight-Sensor.

Laser-Distanzsensoren können ein analoges oder digitales Signal an das Steuergerät zurückgeben. Dieses Signal kann dann als kontinuierlicher Eingang für die Steuerlogik verwendet werden, wenn Entscheidungen für die Bewegung des T-Wagens getroffen werden. Der Laser kann dann basierend auf der Position des T-Wagens während seiner Fahrzeit eine Reihe von Werten übermitteln. Die SPS-Logik kann dann die Rohdaten aufnehmen und Entscheidungen basierend auf dem aktuellen Standort des Wagens und seiner nächsten Fahrtrichtung treffen.

Abbildung 3. Flugzeit. Video mit freundlicher Genehmigung von Pfeffer+Fuchs

Technisch kann ein T-Cart mit einem einzigen Laser-Distanzsensor gesteuert werden, der parallel zu den Gleisen schießt. Der Sensor kann an einem stationären Ständer mit Blick auf den Wagen selbst angeordnet oder am Wagen montiert sein und sich entlang des Weges bewegen, während der Wagen auf ein stationäres Objekt schaut.

Die Auswahl der Montage sollte den einfachsten möglichen Verdrahtungsweg widerspiegeln. Ein einzelner Sensor kann genügend Informationen übermitteln, um den Wagen zu steuern, und bietet eine Reihe von Zahlen; zB 0-10000 mm auf einem 10 m Gleis. Während dieses Setup technisch funktioniert, lässt es die Möglichkeit für unbemerkte Fehler innerhalb des Systems offen. Wenn etwas in den Weg des Lasers fällt, liest er plötzlich eine viel kleinere Zahl und die SPS könnte denken, dass er sich an einer anderen Position befindet, als er tatsächlich ist.

Richtige Verwendung von Laser-Distanzsensoren für den T-Cart-Betrieb

Eine angemessene Verwendung von Lasersensoren in dem zuvor beschriebenen Szenario besteht darin, zwei Sensoren zu verwenden, die entweder auf dem T-Wagen in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind oder von gegenüberliegenden Enden der Schiene aus, wenn sie außerhalb des T-Wagen-Körpers montiert werden. Dieses Setup bietet dem System Redundanz, und die SPS erhält genügend Informationen, um viele verschiedene Fehler innerhalb des Systems zu erkennen.

Abbildung 4. Ein Laser-Entfernungssensor. Bild mit freundlicher Genehmigung von Baumer

Bei zwei Lasern erhält die SPS oder Steuereinheit zwei separate Datenfeeds. Diese Daten-Feeds sollten theoretisch in einem bestimmten Bereich zueinander liegen. Wenn die empfangenen Daten außerhalb des angegebenen Bereichs liegen, erkennt die SPS, dass innerhalb der Zelle etwas passiert ist. Entweder ist dem T-Wagen etwas in den Weg gefallen oder der Laser gibt fehlerhafte Informationen aus.

Ein System mit zwei Lasern hat auch den zusätzlichen Vorteil, dass sporadische Daten der Sensoren überprüft werden. Wenn ein Sensor in seiner Position „springt“, der andere jedoch nicht, kann die SPS so programmiert werden, dass sie einen Alarm an das System sendet.

Laser können auch helfen, mehrere T-Carts auf derselben Strecke zu steuern. Wenn jeder Wagen über zwei Laser verfügt, sind deren Abstände bekannt und werden für die Steuerung mehrerer Wagen verwendet. Für dieses System gelten die gleichen Fehlerprozesse, ähnlich wie bei einem einzelnen T-Cart-System.

Laser-Distanzsensoren sind eine einfache Möglichkeit, alte T-Cart-Systeme, die traditionell mit Endschaltern betrieben werden, nachzurüsten. Sie können einfach am Wagen oder in der Nähe des Gleises montiert werden, um der SPS wichtige Informationen bereitzustellen. Auch neue Roboter- und Automatisierungszellen können als einfachere Erfassungsmöglichkeit für die Steuerung davon profitieren. Verwenden Sie zwei Sensoren, um Redundanz zu schaffen und Fehler bei Fehlern oder heruntergefallenen Produkten in den Bahnen zu stoppen.