Roboter-Transfersysteme mit Laser-Entfernungssensoren meistern

Laser-Entfernungssensoren finden in der Robotik- und Automatisierungsbranche vielfältige Anwendung. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Nachrüstung veralteter Zellen (Cell Retrofits) mittels Laser-Entfernungssensoren als Positionssensoren.

Diese Sensoren können Entfernungen extrem präzise messen, was sie für viele Steuerungsarten qualifiziert. Dabei ist zu beachten, dass bestimmte Sicherheitsfunktionen in das System programmiert werden sollten, um jeden Laserausfall sicher zu behandeln.

Traditionelle T-Cart-Steuerungsmethoden

Um die T-Cart-Steuerung zu verstehen, muss man zunächst wissen, woraus ein T-Cart-Betrieb besteht. Ein T-Cart ist ein elektronisch gesteuerter Wagen, der meist auf Metallschienen läuft und Paletten in automatisierten Palettierprozessen sortiert und transportiert. Diese Wagen bewegen Paletten in Lagerumgebungen – typischerweise von Beladeförderern zum nächsten Schritt im Palettierprozess, oft einer Schrumpfwickelstation.

T-Carts werden von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder einem Roboter gesteuert, die als „Gehirn“ der Wagenoperationen fungieren. Die SPS nutzt verschiedene Eingänge, um zu interpretieren, wann und wo beladene oder entladene Paletten aufgenommen werden müssen. Sie benötigt Rückmeldung vom T-Cart selbst, um dessen Position in den vielen möglichen Pfadkombinationen zu kennen.

Endschalter

Es gibt diverse Möglichkeiten, Positionsdaten vom T-Cart an die SPS oder das steuernde Robotersystem zu übermitteln. Eine veraltete, aber gängige Praxis ist der Einsatz von Endschaltern zur Positionsmeldung. Zwar funktionieren Endschalter gut bei der Übermittlung der Informationen an die Steuereinheit, doch sie haben Schwächen, die mit moderner Sensortechnik leichter zu beherrschen sind. Zudem erfordern sie umfangreichere Programmierung, da sie zu jedem Zeitpunkt weniger Information liefern.

Endschalter sind elektromechanische Einheiten. Da sie auf sowohl elektrische als auch mechanische Eingänge angewiesen sind, können diverse Faktoren ihre Leistung beeinträchtigen. Elektrische Probleme können prinzipiell bei jedem elektrischen Sensorsystem auftreten und werden hier nicht weiter betrachtet.

Da Endschalter physische Interaktion mit ihrer Umgebung benötigen, sind sie anfälliger für Verschleiß als rein elektrisch arbeitende Sensoren. Physischer Verschleiß kann die Leistung bestimmen: Mit der Zeit kann der Schalter verschleißen und seine Funktionsweise allmählich verändern, was zu Problemen in der Zelle führt. Da die Änderungen subtil sind, bleiben sie oft unbemerkt, bis ein katastrophaler Ausfall eintritt. Zudem können sie durch externe Kräfte, die sie aus ihrer Position drücken, negativ beeinflusst werden.

Einsatz von Laser-Entfernungssensoren

Obwohl viele Sensortypen für T-Cart-Systeme geeignet sind, fokussiert dieser Artikel auf Laser-Entfernungssensoren. Ein Laser-Entfernungssensor nutzt einen Laser, um die Distanz zwischen Sensor und dem Objekt zu messen, mit dem der emittierte Laser interagiert.

Der Laser wird vom Sensor zum Objekt gesendet, dort reflektiert, und der Sensor empfängt das reflektierte Licht. Anhand der Zeit, die vom Aussenden bis zum Empfang vergeht, wird die Entfernung bestimmt – bekannt als Time-of-Flight-Verfahren.

Laser-Entfernungssensoren können ein analoges oder digitales Signal an die Steuereinheit liefern. Dieses Signal dient als kontinuierlicher Eingang für die Steuerungslogik bei Entscheidungen über die T-Cart-Bewegung. Der Laser übermittelt einen Wertebereich basierend auf der Wagenposition während der Fahrt. Die SPS-Logik verarbeitet die Rohdaten und trifft Entscheidungen basierend auf der aktuellen Position und dem nächsten Ziel.

Technisch lässt sich ein T-Cart mit einem einzelnen Laser-Entfernungssensor steuern, der parallel zu den Schienen ausgerichtet ist. Der Sensor kann auf einem stationären Ständer montiert sein und auf den Wagen gerichtet sein – oder auf dem Wagen montiert, der sich mitbewegt und auf ein stationäres Objekt zielt.

Die Montagewahl sollte den einfachstmöglichen Verkabelungsweg widerspiegeln. Ein einzelner Sensor kann genügend Informationen liefern, um den Wagen zu steuern, indem er einen Wertebereich bereitstellt – beispielsweise 0–10.000 mm auf einer 10-m-Strecke. Zwar funktioniert dieses Setup technisch, doch es lässt die Möglichkeit unbeachteter Systemfehler offen. Fällt etwas in den Laserstrahl, liest der Sensor plötzlich einen viel kleineren Wert, und die SPS könnte annehmen, der Wagen befinde sich an einer anderen Position als in Wirklichkeit.

Richtiger Einsatz von Laser-Entfernungssensoren für T-Cart-Betrieb

Der angemessene Einsatz in dem beschriebenen Szenario besteht in der Verwendung von zwei Sensoren – entweder in entgegengesetzte Richtungen auf dem T-Cart gerichtet oder von entgegengesetzten Enden der Strecke, wenn sie nicht am Wagen montiert sind. Dieses Setup schafft Redundanz, und die SPS erhält ausreichend Informationen, um diverse Fehler im System zu erkennen.

Mit zwei Lasern erhält die SPS oder Steuereinheit zwei separate Datenströme. Diese sollten theoretisch innerhalb eines bestimmten Bereichs voneinander liegen. Weichen die empfangenen Daten außerhalb dieses Bereichs ab, erkennt die SPS, dass etwas in der Zelle passiert ist: Entweder ist etwas in den Fahrweg des T-Carts gefallen, oder der Sensor liefert fehlerhafte Daten.

Ein System mit zwei Lasern bietet zudem den Vorteil, sporadische Sensordaten zu prüfen. Springt ein Sensor in seiner Positionsmeldung, der andere jedoch nicht, kann die SPS programmiert werden, um einen Alarm auszulösen.

Laser können auch die Steuerung mehrerer T-Carts auf derselben Strecke unterstützen. Besitzt jeder Wagen zwei Laser, sind deren Positionen bekannt und für die Mehrwagensteuerung nutzbar. Die gleichen Fehlererkennungsprozesse gelten wie beim Einzelwagensystem.

Laser-Entfernungssensoren sind ein einfacher Weg, alte T-Cart-Systeme, die traditionell mit Endschaltern laufen, nachzurüsten. Sie lassen sich leicht am Wagen oder nahe der Strecke montieren und liefern der SPS lebenswichtige Informationen. Auch neue Roboter- und Automatisierungszellen profitieren als einfachere Sensormethode für die Steuereinheit. Nutzen Sie zwei Sensoren für Redundanz und Fehlervermeidung bei Fehlern oder herabgefallenen Produkten in den Fahrspuren.