Feinpositionierung mit kamerabasiertem Sensor

Immer zum richtigen Regalfach

Leuze electronic bietet mit dem IPS 200i einen kleinen kamerabasierten Sensor mit Schutzart IP65 für die Fachfeinpositionierung von Regalbediengeräten. Er ermöglicht eine einfache und schnelle Inbetriebnahme sowie Bedienung.

Links: Palettenlager unbelastet, rechts: Palettenlager belastet, führt zu einer Abweichung der horizontalen Position wegen der Durchbiegung des Riegels. © Leuze

Paletten- oder Behälterregale bestehen im Wesentlichen aus vertikalen Stehern und horizontalen Riegeln und werden durch thermische und dynamische Einflüsse zunehmend stärker belastet sowie die Stoßlasten beispielsweise durch die Integration von Shuttle-Systemen erhöht. Die daraus resultierenden Verformungen von Regalbauteilen müssen deshalb bei der Positionierung eines Regalbediengeräts (RBG) genauestens berücksichtigt werden.

Grob- und eine Feinpositionierung von RGBs
Für die Positionierung des RGBs in X- und Y-Richtung werden in der Regel eine Grob- und eine Feinpositionierung eingesetzt. Für die Grobposition des RBGs kommen Barcodepositioniersysteme, optische Distanzsensoren mit langer Reichweite oder Inkrementalgeber zum Einsatz. Ist die Grobposition erreicht, übernimmt die Fachfeinpositionierung das zielgenaue Anfahren des RBGs an seine Endposition. Auf dem Lastaufnahmemittel des RBGs werden mindestens zwei optische Reflexionstaster je Positionierrichtung montiert – für die X- und Y-Richtung also mindestens vier Taster.

Ohne Objekterkennung sind die Ausgänge der Taster Aus. Detektiert ein Taster die Kante eines Stehers oder eines Riegels, ändert sich der Ausgangszustand und der Sensorausgang zeigt Ein. Mithilfe des neuen Signalzustands kann zum einen die Bewegungsrichtung des RBGs erkannt werden, zum anderen die gewünschte Zielposition, bezogen auf die Kante, errechnet werden. Nachfolgend wird die schematische Anordnung der Taster mit zugehöriger, binärer Auswertung gezeigt. Die Pfeile geben die gedachte Bewegungsrichtung des RBGs an. Andere Zustände ergeben sich in gleicher Weise.

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Die Lösung mit binären Sensoren hat allerdings eine Reihe von Nachteilen. So ist zum Beispiel der auf dem Lastaufnahmemittel zur Verfügung stehende Platz äußerst begrenzt, da oft zusätzliche Sensoren montiert sind – beispielsweise für die Fachbelegt-Kontrolle, die Durchschubüberwachung oder für Überstandskontrollen. Zudem können Reflexionstaster relativ leicht Fehlschaltungen infolge von glänzenden Profiloberflächen, unerwünschten Reflexionssignalen von Kanten im Hintergrund oder durch Fremdlichteinwirkung (speziell Hf-Licht von energiesparenden Beleuchtungseinrichtungen), erzeugen. Dadurch entstehen Stillstandszeiten, die eine geringere Anzahl an Ein-/ Auslagerungsvorgängen zur Folge haben.

Der größte Nachteil aber ist die aufwändige Ausrichtung der binären Sensoren – sowohl bei Einrichtung als auch im Betrieb – sodass alle Lagerpositionen mit der erforderlichen Genauigkeit angefahren werden. Hierzu benötigt es geschultes Fachpersonal. Hinzu kommt, dass ein binärer Sensor keine weiteren Zustandsinformationen, zum Beispiel hinsichtlich Funktionsreserve oder Sensorstatus, liefert. Neue Möglichkeiten und Lösungsansätze, die sich aus der Digitalisierung im Rahmen von Industrie 4.0 für die Diagnose und vorausschauende Wartung ergeben, können ebenfalls nicht unterstützt werden.

Alternativen für die Fachfeinpositionierung
Leuze electronic bietet mit dem IPS 200i einen kleinen kamerabasierten Sensor mit Schutzart IP65 für die Fachfeinpositionierung von Regalbediengeräten. Er ermöglicht eine einfache und schnelle Inbetriebnahme sowie Bedienung. Das webbasierte, mehrsprachig verfügbare Konfigurationstool mit einem benutzergeführten Assistenten reduziert die Inbetriebnahmezeit auf ein Minimum. Vier Feedback-LEDs helfen beim Ausrichten des Sensors. Diese blinken mit einer Frequenz, welche proportional ist zum Abstand zur Zielposition. Ist der Sensor perfekt ausgerichtet, leuchten alle vier LEDs gleichzeitig auf.

Durch die erstmalige Einführung einer Qualitätskennzahl meldet der IPS 200i Veränderungen an Sensor oder Regalfach und hilft dem Anwender so, frühzeitig mögliche Störungen im Betriebsablauf zu entdecken und eine vorsorgliche Wartung im Sinne von Predicitive Maintenance, einem der am häufigsten genannten Anwendungsgebiete von Industrie 4.0, durchführen zu können. Auch hilft die Qualitätskennzahl, Besonderheiten, die einem Ausfall der Anlage vorausgehen, zu erkennen. Für solche Bereiche kann mit dem IPS 200i auch optional eine Bildübertragung durchgeführt werden.

Aufgrund der integrierten Ethernet-Schnittstelle (TCP/IP oder UDP) und geplanten Profinet-Schnittstelle sind sowohl ein direktes Einbinden in die Netzwerkumgebung des Kunden als auch eine schnelle, ortsunabhängige Diagnose via Remote Control problemlos möglich.

Der neue, auf eine hohe Tiefenschärfe optimierte Sensor hat eine feste Fokuslage und wird nach erfolgter Grobpositionierung zur optischen Feinpositionierung eines RBG in X- beziehungsweise Y-Richtung verwendet. Er ist in der Lage, einem RBG die Korrekturkoordinaten für das exakte Anfahren eines Regalfachs zu übermitteln. Konkret sieht das Ganze so aus: der smarte Sensor detektiert kreisrunde Löcher beziehungsweise Reflektoren in einem einfachtiefen Riegel oder Steher eines Palettenlagers und bestimmt die Positionsabweichung von Paletten oder Behältern in X- und Y-Richtung relativ zur Sollposition. Der Positionierungssensor erzeugt ein oder mehrere Bilder als Grauwert. In diesem Bild sucht der Sensor zunächst eine definierte, runde Markierung (Loch/Reflektor). Die Ausgabe der X-/Y- Abweichung erfolgt in Millimetern zur Sollposition oder mittels der vorhandenen Schaltausgänge als Quadranten.

Einsatz in verschiedenen Temperaturbereichen
Intelligente Bildverarbeitungs-Algorithmen stellen eine zuverlässige Positionierung sowie einen hohen Durchsatz sicher. Die leistungsstarke, infrarote LED-Beleuchtung ist fremdlichtunabhängig und ermöglich kurze Belichtungszeiten, sodass auch hohe Objektgeschwindigkeit in Kombination mit einer hohen Tiefenschärfe unterstützt werden. Die typische Messwertzykluszeit liegt bei 35 Millisekunden bei einer Reproduzierbarkeit von typ. 0,1 Millimeter (1 Sigma). Der IPS 200i ist sowohl für einen Einsatz im Normal-Temperaturbereich als auch mit optionaler integrierter Heizung für den Tiefkühlbereich bis minus30 Grad Celsius geeignet. as

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