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Artikel und Hintergründe zum Thema

Aus materialfluss 4/2020

Marvin Meyke,

Positionierungssensor: Stets das richtige Fach

Präzise und schnell: Die Fachfeinpositionierung mit kamerabasiertem Positionierungssensor sorgt für erhöhte Präzision und reduziert Stillstandszeiten im Lager.

© Leuze

Paletten- oder Behälterregale bestehen im Wesentlichen aus vertikalen Stehern und horizontalen Riegeln. Die Tragwerke sind thermischen und statischen Einflüssen ebenso ausgesetzt wie dynamischen Beanspruchungen und Stoßlasten, etwa durch die Integration von Shuttle-Systemen. Daraus resultierende Verformungen von Regal­bauteilen unter Last, zum Beispiel durch Durchbiegung oder Dehnung, müssen genau beobachtet werden. Zulässige Grenz­abweichungen, Verformungen und Freiräume beispielsweise für Flurförderfahrzeuge oder Regalbediengeräte (RBG), die ­verstellbare Palettenregale mit einfacher Tiefe bedienen, wurden in der europäischen Norm DIN EN 15620 „Ortsfeste Paletten­regale aus Stahl“ frühzeitig geregelt. Sie stellt sicher, dass die funktionellen Anforderungen erfüllt werden und gleichzeitig eine geeignete Wechselwirkung mit den RBG sichergestellt ist.

Verformung durch Lasteinwirkung
Die Klasse 200 umfasst Regale, bei denen die RBG automatisch gesteuert werden und die ein Feinpositioniersystem an den ­Lagerplätzen der Ladeeinheiten haben. Für die Feinpositionierung sind Einflüsse zu betrachten, die sich auf die Toleranzen des Stahlbaus im Lager auswirken. Dazu zählen neben mechanischen Toleranzen durch material- und montagebedingte ­Varianzen wie unebene Hallenböden, Wand- und Windlasten, elastische Verformungen in Abhängigkeit vom Belastungs­zustand auch statische und dynamische Lasten des RBG durch unterschiedliche Lastzustände (Leerfahrt, Auslagerung mit Last), Kräfte durch Beschleunigung und Verzögerung sowie thermische Verformungen und Materialausdehnung unter ­Einfluss von Temperaturänderungen. Betrachtet man zunächst nur die Verformung durch unterschiedliche Belastungszustände, so wird schnell klar, dass sich die horizontale Position infolge der Durchbiegung des Riegels ändert.

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In gleichem Maße, wie sich die Horizontale ändert, kann es auch die vertikale Position, da sich die Ständer infolge von ­dynamischen, thermischen oder Stoßbelastungen ebenfalls verformen. Daher ist es wichtig, dass die funktionellen Anforderungen zur genauen Positionierung eines RBG eingehalten werden.

Nachteile bei der Positionierung mit binärer Sensorik
Für die Positionierung des RBG in X- und Y-Richtung wird üblicherweise eine Grob- und eine Feinpositionierung durch­geführt. Für die Grobposition kommen zum Beispiel Barcodepositioniersysteme, optische Distanzsensoren mit langer Reichweite oder Inkrementalgeber zum Einsatz. Ist die Grobposition erreicht, übernimmt die Fachfeinpositionierung das zielgenaue Anfahren des RBG an seine Endposition. Hierzu werden auf dem Lastaufnahmemittel des RBG 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 – der Sensorausgang zeigt EIN. Mit dem neuen Signalzustand ist erstens die Bewegungsrichtung des RBG erkennbar, zweitens lässt sich die gewünschte Zielposition bezogen auf die Kante errechnen. Diese bewährte Lösung mit binären Sensoren hat allerdings Nachteile: begrenzter Platz, Gefahr von Fehlschaltungen, aufwändige Ausrichtung der binären Sensoren sowie fehlende weitere Zustandsinformationen. Auch neue Möglichkeiten und Lösungsansätze, die sich aus der Digitalisierung im Rahmen von Industrie 4.0 für die Diagnose und vorausschauende Wartung ergeben, können nicht unterstützt werden.

Kamera und spezifischer Auswertung
Für eine zukunftsgerichtete Fachfeinpositionierung bietet sich ein kamerabasiertes Positionierungssystem mit einem auf die spezifische Applikation zugeschnittenen Auswertealgorithmus an. Anwender schätzen Lösungen, bei denen Kamera und Auswerteeinheit in ein Kompaktsystem integriert sind. Sie ermöglichen eine einfache Inbetriebnahme und Bedienung. Leuze electronic bietet mit der Produktfamilie IPS 200i/400i den kleinsten kamerabasierten Sensor für die Fachfeinpositionierung von RBG. Durch eine zusätzliche Qualitätskennzahl hilft er dabei, RBG-Stillstandzeiten zu verringern und wird so der Forderung nach Condition Monitoring gerecht. Aufwändiges Montieren, Ausrichten und Nachjustieren im laufenden Betrieb entfällt. Über eine Qualitätskennzahl meldet der IPS 200i/400i Veränderungen an Sensor oder Regalfach. So erkennt der Anwender frühzeitig mögliche Störungen im Betriebsablauf und kann eine vorsorgliche Wartung im Sinne von Predicitive Maintenance durchführen. Die Qualitätskennzahl trägt dazu bei, beispielsweise Verschmutzung oder eine überhängende Folie an einer beliebigen Position zu erkennen. Der gefährdete Anlagenbereich ist rechtzeitig lokalisierbar und ein Anlagenstillstand durch Fehlpositionierung vermeidbar.

Schnelle Inbetriebnahme und hohe Leseperformance
Der IPS 200i ist für einfachtiefe Behälter oder Palettenlager entwickelt, der IPS 400i für doppeltiefe Palettenlager. Das webbasierte, mehrsprachig verfügbare Konfigurationstool mit benutzergeführtem Assistenten verkürzt die Inbetriebnahmezeit. Der IPS 200i/400i kann per XML-Kommandos konfiguriert oder über ausgedruckte Parametriercodes mittels Code-Generator-Tool in Betrieb genommen werden. Feedback-LED geben direkte Rückmeldung und machen das Ausrichten des Sensors einfach, da die Position des Markers relativ zum Sensor durch die vier seitlich angebrachten LED angezeigt wird.

Der auf hohe Tiefenschärfe optimierte Sensor mit fester ­Fokuslage wird nach erfolgter Grobpositionierung zur ­optischen Feinpositionierung eines RBG in X- beziehungsweise Y-Richtung verwendet. Er kann dem RBG die Korrekturkoordinaten für das exakte Anfahren eines Regalfachs übermitteln. Der Sensor detektiert hierzu kreisrunde Löcher (Marker) oder ­Reflektoren im Riegel oder Steher und bestimmt die Positionsabweichung von Paletten oder Behältern in X- und Y-Richtung relativ zur Sollposition. Der 66 x 43 x 44 Millimeter kleine IPS 200i /400i in Industrieausführung der Schutzart IP 65 ist sowohl für einen Einsatz im Normal-Temperaturbereich als auch optional mit integrierter Heizung für den Tiefkühlbereich bis minus 30 Grad Celsius geeignet. Dank Drei-Seiten-Montage ist er flexibel am RBG zu befestigen.

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