Konstruktion + Entwicklung 7/04:
ROT, ROT ODER ROT?- Die Farbsensor-Familie WLCS zur 100%igen Lösung industrieller Prozesse.

Mit dem Anspruch, „nahezu 80 % aller Farberkennungsaufgaben” in der Industrie lösen zu können, ist gerade ein neuartiger Weißlicht-LEDFarbsensor an den Start gegangen.

Farben spielen eine wichtige Rolle im menschlichen Leben. Die ansprechende farbliche Verpackung von Konsumgütern etwa will Aufmerksamkeit erregen und die Kunden zum Kauf anreizen. Aber Farbe transportiert auch wichtige Informationen, man denke nur an das den Straßenverkehr regelnde Wechselspiel von Rot, Gelb und Grün einer Verkehrsampel oder die Sicherheitsfunktion eines in auffälligem Rot gehaltenen Not-Aus-Schalters.

Eine besonders wichtige Aufgabe in der industriellen Fertigung lautet deswegen, Farben effizient und kostengünstig zu klassifizieren und zu erkennen, sei es in Form von Farbmarkierungen oder aber von produktspezifischen Farbmerkmalen.Nun stellt es kein besonderes Problem dar, etwa rote, gelbe und grüne Stecker mittels Farbsensoren auseinander zu halten. Ganz anders sieht es dagegen in Applikationen aus, wo der nahezu gleiche Farbton Rot mehrmals auftritt und zuverlässig unterschieden werden muss. Die Eltrotec Sensor GmbH aus Wangen bietet mit ihrem „Farberkennungs- Baukastensystem” neuerdings nicht nur eine Lösung für diese diffizile Aufgabe, sondern, mit den Worten von Claus Peter Hofmann, dem Geschäftsführer des Unternehmens, „eine Lösung für nahezu 100 % aller Farbunterscheidungsaufgaben aus der Industrie.”
Grundsätzlich offeriert der Hersteller zwei Arten von Farbsensoren: Einmal die über Teach-In bedienbaren Varianten, welche typischerweise in Maschinen zum Einsatz kommen, bei denen der Bediener ständig wechselnde Produkte mit verschiedenen Farben schnell umrüsten und nachlernen muss. Die jüngsten Farbsensoren auf der anderen Seite lassen sich per „Color-Scope”- Software via PC konfigurieren und bedienen. Über eine Bildschirmmaske werden alle Farbmerkmale der zu detektierenden Produkte dargestellt. Durch den Lernvorgang lassen sich die anteiligen Werte für Rot, Grün und Blau sowie die jeweilige Intensität und Toleranzen darstellen. Sollen dagegen zwei nahezu gleiche Farben oder Intensitäten (unbunte Farben wie Grau, Schwarz, Weiß) unterschieden werden, weiß der Bediener bei einfachen Teach-In Sensoren nicht, mit welcher Sicherheit die Erkennung in der Praxis funktioniert.„Die Software aktueller Sensoren visualisiert deshalb die einzelnen Farbwerte”, erläutert Claus Peter Hofmann, „und es kann sofort am Bildschirm qualifiziert werden, wie viel Differenz vorhanden ist, um eine erfolgreiche Farbunterscheidung zu erzielen.”Bei der Parametrisierung ist zu berücksichtigen, dass in der Fertigungspraxis Toleranzen in der Farbe selbst, als auch in der Zuführung des Produktes vorhanden sind. Geschieht dies,„ so wird eine 100%ige Kontrolle sichergestellt.”

20fach höhere Lebensdauer

Die Serie WLCS (White Light Colour Sensor) von Eltrotec deckt inzwischen das ganze
Spektrum der Farbsensorik ab, beginnend bei Kontrast- und Lichtleiter-Farbsensoren über Reflex- Farbsensoren mit bis zu 800 mm Reichweite bis hin zur Farbkamera, mit welcher ganze Flächen auf Farbfehler untersucht und qualifiziert werden können. Besondere Beachtung verdient dabei der Lichtleiter- Farbsensor WLCS-M-40, denn dieser setzt „neue Maßstäbe in der Standardfarberkennung”, versichert Claus Peter Hofmann.„ Mit einer Farbauflösung von 10 bit, vier Farbspeichern, einem
neuartigen Design und dem „Plug&Play”-Konzept – anschließen, lernen, detektieren – lassen sich heute ca. 80 % aller Farberkennungsaufgaben lösen.” Dazu zählt auch die Erkennung gleicher Farbtöne mit unterschiedlicher Intensität. Die Ansprechzeit des Gerätes beträgt 0,6 ms bei einem Arbeitstemperaturbereich von 0 °C bis 55 °C. Das neue Regelkonzept der Weißlicht LED-Sendequelle erlaubt, verglichen mit Farbsensoren, die Halogenlichtquellen nutzen, eine auch bei höchsten Betriebstemperaturen bis zu 20fach verlängerte Lebensdauer. Mit Lichtleitern und Zusatzoptiken lassen sich Arbeitsabstände bis max. 150 mm realisieren.
Die über Software bedienbare WLCS-A-Serie umfasst im Reflexbetrieb fünf Gehäusetypen für Erkennungsabstände von 23 mm bis 800 mm und Lichtfleckgrößen von ca. 1,5 mm bis 50 mm. Lichtleiter- Versionen sind, bei gleicher Funktionalität, ebenfalls verfügbar. Alle Sensoren gibt es ohne
integrierte Beleuchtung, um auf diesem Weg selbstleuchtende Lichtquellen nach Farbe, Intensität und Wellenlänge qualifizieren zu können. Typische Anwendungen liegen in der Qualifikation von LEDs, in der Schalterfunktionserkennung (rot, grün) sowie in der Überwachung von Glühbirnen, Halogenlampen oder Neonröhren während der Produktion. Bezüglich der Messfrequenz hat der Anwender die Wahl zwischen 1, 3, 5, 10 und 28 kHz (reine Intensitätserkennung) bei einem, drei, vier, 16 und 99 Farbspeichern. Die Sensoren lassen sich extern teachen, sämtliche Messwerte sind per serieller Schnittstelle im Steuerrechner speicherbar und können entsprechend visualisiert werden. Versionen mit hochauflösender Farbsensorik bis 16 bit, die bislang nur bei sehr kostspieligen Gerätetypen erhältlich waren, lassen sich mit diesem Konzept dank einer Zusatzauswertung (HEA 100) ebenfalls realisieren. In Vorbereitung ist ein Farbspektrometer speziell für den Bereich der Beurteilung von Lackier- und Farboberflächen, das für die Online- Messung in der Produktion geeignet ist. Die Farbtrennung ist hier besser als ? E=1 bei Messfrequenzen von typischerweise > 1 kHz.

Die häufigsten Aufgaben wie „grau-grau-grau-Unterscheidung”, im matten als auch im Bereich spiegelnder Oberflächen, findet man heute in der Automatisierungsindustrie angesiedelt. Auf vielen glänzenden metallischen Oberflächen werden nahezu unsichtbare Farbstriche zur Qualifizierung von Gut- oder Schlecht-Teilen aufgebracht. Diese zu detektieren bringt für herkömmliche Farbsensoren die gleichen Schwierigkeiten mit sich, die das menschliche Auge beim Erkennen von Ziffern oder Bildern auf glänzender Folie hat. Mittels variablen Beleuchtungsgeometrien lassen sich diese Unzulänglichkeiten umgehen, um eine sichere Erkennung zu erreichen. Die heute von Eltrotec gelösten Anwendungen reichen von der sicheren Detektion von Steckergehäusefarben über die Bestückungskontrolle von Luft-/ Klimaanlagen-Filtereinsätzen in der automatischen Großserienmontage bis hin zur Detektion von Kabelfarben, Labelerkennung oder der Unterscheidung von braunem zu weißem Zucker in Raffinerien. „Eltrotec betrachtet sich bei der Lösung von Aufgaben, wo so genannte unbunte Farben, neben der Standard- Farbunterscheidung, auf glänzenden oder strukturierten Oberflächen zu detektieren sind, als weltweit führend”, meint Claus Peter Hofmann und schließt: „Zu unseren strategischen Zielen gehört unter anderem, dass die Farbsensoren auch bei kleinsten Stückzahlen den kundenspezifischen
Anforderungen angepasst werden. Hierzu steht ein Applikationslabor mit erfahrenen Ingenieuren zur Verfügung.”

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