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INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2019

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2019

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SPS 2019 I MESSE Den Farbnuancen auf der Spur Leistungsstarke Sensoren messen zuverlässig in der Produktionslinie In der Herstellung von Kunststoffprodukten spielt die Farbe eine entscheidende Rolle. Farbtöne müssen daher in verschiedenen Prozessschritten exakt überwacht werden. Das menschliche Auge kann diese Aufgabe nicht meistern. Gefordert sind leistungsstarke Sensoren, die Messungen auf sehr dünnen Folien bis hin zu Kunststoff- Spritzgussteilen sicher beherrschen. Im Alltag finden sich zahlreiche Kunststoffprodukte, ob im Auto, in der Küche oder im Wohnzimmer. Dabei handelt es sich um Verpackungsmaterialien, Gebrauchs- oder komplette Einrichtungsgegenstände. Die Palette reicht von der Zahnbürste über den klassischen Dielenboden bis hin zur Frischhaltefolie und vom Plattenmaterial bis zum kleinen, speziell nach Kundenwunsch gefertigten Bauteil. Je nach Produkt müssen unterschiedliche Qualitätsanforderungen, Verordnungen und Zertifizierungen beachtet werden. Ein äußerst wichtiges Qualitätsmerkmal ist die Farbe, deren Prüfung eine Herausforderung darstellt und moderne Sensortechnologie erfordert. Eine visuelle Farbprüfung der Objekte durch den Menschen reicht i. d. R. nicht aus. In der Automobilindustrie wird bspw. ein Farbabstand Delta-E von < 0,1 gefordert. Die Wahrnehmungsgrenze beim Menschen liegt aber je nach Farbe bei einem Delta-E zwischen 0,5 und 1. Während die Genauigkeit bei der Farbbestimmung durch den Menschen den natürlichen Gegebenheiten, der Tagesform und den Lichtverhältnissen unterliegt, können Farbsensoren feine Farbabgrenzungen wesentlich schneller und zuverlässiger detektieren. Ein frühzeitiges Erkennen fehlerhafter Materialfarben durch Farbsensoren spart Zeit und Geld, denn durch das unmittelbare Nachregeln der Prozessparameter wird unnötiger Ausschuss auf ein Minimum reduziert. Warum Farbmessungen nicht einfach sind Das Bestimmen, Messen oder Erkennen von Farben in industriellen Anwendungen ist eine komplexe Messaufgabe. Denn im Vergleich zu anderen physikalischen Größen ist die Definition von Farbe nicht ganz so einfach. Sie ist vor allem ein individueller, visueller, durch Licht hervorgerufener Sinneseindruck. Bei der Farbmessung geht es daher immer um den Vergleich zwischen der gemessenen zur eigentlich wahrgenommenen Farbe durch das menschliche Auge. Physikalisch gesehen ist Farbe ein reflektiertes Intensitätsspektrum im sichtbaren Wellenlängenbereich. Dieses Reflexionsspektrum ist neben der Farbe des Objekts abhängig von der Beleuchtung. Für die Beleuchtung sind verschiedene Lichtquellen definiert, bspw. Glühlampe, Tageslicht, Leuchtstofflampen oder kaltweiße LED. Ein Farbsensor muss in der Lage sein, das reflektierte Spektrum zu detektieren und sollte dabei die Funktionsweise des menschlichen Auges imitieren. Für die Messung wird das reflektierte Licht in spektrale Anteile zerlegt. Die einfachste Methode hierzu sind Filter, die jeweils nur für einen Teil des Spektrums durchlässig sind. Auf dieser Methode basieren auch die meisten herkömmlichen CCD-Kameras, deren Sensor in grüne, rote und blaue Pixel unterteilt ist. Mit einem genaueren Prinzip arbeiten Farbsensoren für industrielle Anwendungen, Dipl.-Ing. (FH) Joachim Hueber, Produktmanager Farbsensoren, Micro-Epsilon, Göppingen 22 INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2019

MESSE I SPS 2019 wie die Color Sensor CFO-Serie von Micro- Epsilon. Die Probe wird mit einer Lichtquelle beleuchtet – i. d. R. geschieht dies mit Weißlicht-LED. Das von der Probe reflektierte Licht trifft auf den Sensor, wo es durch drei verschiedene Filter auf lichtempfindliche Sensorelemente trifft. Die Absorptionsspektren der verwendeten Filter sollten so gewählt sein, dass sich die Bereiche überlappen. Die Filter teilen das Licht auf in lang-, mittel- und kurzwellige Anteile. Die einzelnen Signale werden dann in Farbwerte transformiert. Auf diese Weise erhält man Messwerte, die eine Einordnung der Farbe entsprechend der Farbwahrnehmung des menschlichen Auges ermöglichen. Experten sprechen daher auch von perzeptiven Farbsensoren oder True-Color-Sensoren. Farbsortierung mit True-Color-Farbsensoren Die Sensoren der Reihe Color Sensor CFO sind zur Erkennung minimaler Farbabweichungen konzipiert. Über eine Teach-In- Funktion kann der Anwender die gewünschte Farbe einlernen und zusätzlich eine maximal erlaubte Farbabweichung angeben. Der Sensor vergleicht im Betrieb die Farbe der Produkte und signalisiert bspw. über einen digitalen Ausgang, ob die Farbe der Probe innerhalb des Toleranzbereichs liegt. Diese Methode der Farberkennung wird u. a. in der Kunststoffindustrie bspw. zur roboter basierten Inline-Sortierung von Kunststoffkappen oder kunststoffummantelten Sicherungen verwendet. Der leistungsstarke True Color Farberkennungssensor Color Sensor CFO 200 von Micro-Epsilon arbeitet mit Abtastraten von bis zu 30 kHz, wodurch eine äußerst schnelle und zuverlässige Inline-Detektion von bis zu 320 Farben in 254 Farbgruppen mit höchster Farbgenauigkeit ermöglicht wird. Die intuitive Bedienung wird durch das Web interface möglich. Der Sensor lässt sich überall dort einsetzen, wo die Erkennung auch geringer Farbunterschiede notwendig ist. Vorteile: Farbmesssystem versus Farbsensor Mit einem anderen Funktionsprinzip arbeiten Farbmesssysteme wie das Color Control ACS 7000 von Micro-Epsilon. Dieses zerlegt das Spektrum des einfallenden Lichts über Brechung an einem Gitter in 256 Anteile, die hinter dem Gitter auf eine CCD-Sensorzeile abgebildet werden. Damit kann das komplette sichtbare Spektrum genau mit einer spektralen Auflösung von 5 nm vermessen werden. Das Farbmesssystem liefert im Gegensatz zum Farbsensor nicht nur einen Vergleich zu Referenzfarben, sondern kann einzelne Farben eindeutig identifizieren und als Koordinaten im Farbraum ausgeben. Möglich werden dadurch auch komplexe Messaufgaben auf strukturierten, hochreflektierenden sowie metallisch-glänzenden Oberflächen, genauso wie Messungen auf anspruchsvollen Objekten wie transparente Folien oder Glas. Transparente Folien stellen hohe Forderungen an die Farbmessung Bei der Herstellung transparenter Folien in Endlosproduktion können sowohl Farbschwankungen als auch Schlieren auftreten. Daher muss sichergestellt werden, dass jeder produzierte Millimeter dieselbe Farbe hat und sich keine Schlieren auf der Folie befinden. Da die Folien lichtdurchlässig sind, wird über einen Transmissionssensor gemessen. Zur Lösung dieser Aufgabe kann ebenfalls Color Control ACS 7000 eingesetzt werden, welches mit dem Transmissions- Sensorkopf ACS3, bestehend aus einer Sendeund einer Empfangseinheit, kombiniert wird. Die Messung erfolgt berührungslos und traversierend über die gesamte Bandbreite mit einer Genauigkeit von Delta-E < 0,1. Dank des Inline-Farbmesssystems wird die Produktivität um ein Vielfaches gesteigert und Ausschuss reduziert, da die Farbprüfung automatisch, kontinuierlich und zu einem frühen Zeitpunkt im Produktionsprozess erfolgt. Auch Kunststoff-Spritzgussteile sind kein einfaches Unterfangen Das System Color Control ACS 7000 ermöglicht eine hundertprozentige und automatische Inline-Kontrolle von Spritzgussteilen. Früher war eine exakte Farbbestimmung wegen der Thermochromie, der Farbänderung des Bauteils bei unterschiedlichen Temperaturen, nur am abgekühlten Bauteil möglich. Das System mit seiner hohen Genauigkeit detektiert die Farbe bereits direkt und ohne Zeitverlust in der Produktionslinie, obwohl der Effekt der Thermochromie gerade bei roten Farbstoffen ausgeprägt ist. Komplexe Messtechik, komfortable Handhabung Trotz der eher komplexen Materie „Farbmessung“ sind die Sensoren und Farbmesssysteme von Micro-Epsilon einfach in der Handhabung. Es sind Teach-In- Tasten zum Einlernen der Farben vorhanden, LED am Farbsensor und am Messsystem signalisieren die Betriebszustände. In den meisten Fällen geschieht die Konfiguration über das integrierte Webinterface. Hier lassen sich einfach alle Einstellungen für eine perfekte Farberkennung oder -messung vornehmen. Bilder: Micro-Epsilon www.micro-epsilon.de NEU GN 817.6 Rastbolzen mit Sensor aus Edelstahl Edelstahl-Rastbolzen GN 817.6 mit Sensor zur Positionsabfrage ermöglichen es, den Raststiftzustand elektronisch abzufragen. Überzeugen Sie sich: CAD-Daten, elektrische Eigenschaften und Bestellung. Einfach QR-Code scannen. SPS in Nürnberg 26. -28. November 2019 Halle 8,Stand 401 www.ganternorm.com

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