Unterschiedliche Einsatzgebiete: Sensorik- und Ident-Systeme in der Automobilindustrie

Hohe Wertschöpfung und harter Wettbewerb auf internationalem Parkett sind charakteristisch für die Automobilbranche. Das zwingt die Unternehmen zu flexiblen Produktions- und Fertigungsabläufen mit spezialisierten Maschinen, moderner Roboter- und Handhabungstechnik sowie Logistiksystemen. Die Anlagen müssen effizient arbeiten, damit sich die hohen Anschaffungskosten amortisieren. Fehlfunktionen und Maschinenstillstände sind unter allen Umständen zu vermeiden. Auch das Verbauen falscher Teile in den nach Vorgaben des Endkunden individuell zusammengestellten Modellen kommt den Hersteller teuer zu stehen. Für die Automobilindustrie optimierte Sensoren des Sensorherstellers Pepperl + Fuchs tragen dazu bei, dass dies alles reibungslos funktioniert. Sensoren erfassen Objekte und Zustände und sorgen für punktgenaue Aktionen zum richtigen Zeitpunkt. Identifikationssysteme schließen Verwechslungen von Werkstücken und Zuliefermaterial aus und sind die Basis für eine funktionierende Logistik trotz unüberschaubarer Teilevielfalt. Erschwerend für die eingesetzten Systeme sind die teilweise extremen Randbedingungen in unmittelbarer Nähe von Schweißrobotern, in lösungsmittelhaltigen Atmosphären von Lackieranlagen usw. Statt Standardsensoren der jeweiligen Kategorie braucht die Industrie für diese Aufgaben und Umgebungen entwickelte Modelle. Reduktionsfaktor-1-Sensoren In der Automobilindustrie müssen verschiedene Metalle detektiert werden. Der typische induktive Sensor detektiert Eisen mit einem Reduktionsfaktor von normiert \’1\‘, während er andere Metalle, wie z.B. Messing, nur mit einem geringen Schaltabstand von etwa 0,4 erkennt. Deshalb wurden die so genannten Reduktionsfaktor-1-Sensoren entwickelt, die für alle Metalle denselben Schaltabstand realisieren. Weitere Eigenschaften der Sensoren sind elektromagnetische Festigkeit und die mechanische Festigkeit gegenüber Schweißspritzern durch eine PTFE-Beschichtung. Sensor für heiße Umgebungen Mechanische Schalter in heißen und feuchten Umgebungen wie Lackierstraßen sind anfällig und daher oft auszutauschen. Ein induktiver Näherungssensor mit erhöhtem Temperaturbereich bietet bei solchen Anwendungen hohe Betriebssicherheit und ist leicht zu warten. Der NCN25-F35 mit einem Schaltabstand auf Stahl (FE 360) von 25mm wurde zum berührungslosen Erkennen metallischer Objekte bei Temperaturen bis zu 250°C entwickelt. Die Entwickler haben bei diesem Sensor den Schwingkreis von der Auswerteelektronik getrennt. Für den Heißbereich sind Leitungslängen von 10, 15 und 20m verfügbar. Spannelemente überwachen In fast allen Produktionshallen kommen so genannte Kraftspanner oder Spannelemente zum Einsatz, die durch eine genaue Teilepositionierung Mitarbeitern oder Robotern Klebe- oder Schweißaktionen erleichtern. Für die Stellungsüberwachungen gibt es ein modulares Abfragesystem, das aus einem Anzeigenblock mit Kontroll-LEDs und den als Satelliten ausgeführten Sensoren besteht. Mit diesem Konzept lassen sich im Vergleich zu anderen schweißfesten Sensoren präzise Schaltpunkte erreichen. Eventuelle Fehler des Gesamtsystems werden, entsprechend den Anforderungen der Automobilindustrie, aufgrund einer Paarüberwachung in weniger als einer Sekunde erkannt. Positionsänderungen des Spanners werden mit einer Millisekunde nahezu in Echtzeit erfasst. Durch die induktive Übertragung der Signale bleibt bei einem Austausch des Abfragemoduls der unter Druck stehende Teil des Spanners unbelastet. Eine helle Dreifach-Leuchtbandanzeige zur Erkennung von Position und Betriebsspannung sowie eine fast kontinuierliche Anpassung auf verschiedene Öffnungswinkel des Spannelements erleichtern Kontrolle und Einstellung. Darüber hinaus hat der Anwender die Wahl zwischen mehreren Bauformen der Satelliten. Schweißnahtkontrolle In den Press- und Stanzwerken der Automobilindustrie hat die Schweißnahtkontrolle eine hohe Priorität. Da die Maschinen nur homogene Metall- oder Aluminiumteile verarbeiten dürfen, werden aus Rohblechen und Coils die Bereiche mit Schweißnähten ausgeschnitten. Für die zuverlässige Detektion von Schweißnähten und fehlerhaften Stellen benötigt man angesichts der teils verschmutzten, teils spiegelnden Metallwerkstoffe eine leistungsfähige Schweißnahterkennung. Hierzu steht das Bildverarbeitungssystem VOS107SE zur Verfügung, das aus Kamera, Beleuchtung und Interface besteht. Schweißkappensensor Insbesondere im Rohbau der Automobilproduktion ist eine hochwertige und konstante Schweißqualität wichtig. Dazu sollen die Schweißelektroden eine stets gleich bleibende Form aufweisen. Da sich die Form der Elektrode jedoch mit jedem Schweißvorgang geringfügig ändert, muss man nach einer definierten Anzahl an Schweißpunkten die Elektrode wieder in die ursprüngliche Form fräsen. Der optische Schweißkappensensor OBV10-F59-E22-0.1M-V1 überprüft dabei automatisch die Qualität der Fräsung. Er erkennt sofort, wenn Kappen entweder nicht gefräst bzw. schlecht gefräst worden sind. Das kann z.B. durch ausgebrochene Fräsmesser oder verbogene Zangenarme passieren. Die sofortige Detektion solcher Zustände vermeidet aufwändige und teure Nacharbeiten. Berührungsloses Positionieren Schnelle Logistik und Fördertechnik hat in den Produktions- und Lagerhallen der Automobilindustrie hohe Priorität. Um Verfahrwagen, Förderfahrzeuge, Hängebahneinheiten und Regalbediengeräte zügig und präzise an die gewünschten Positionen zu bewegen, benötigt der Automobilhersteller eine leistungsfähige Positionierung. Das aus einer Codeschiene und optischen Leseköpfen bestehende Weg-Codier-System WCS von Pepperl+ Fuchs liefert dazu absolute Weginformationen. Die U-förmigen Leseköpfe tasten die Codeschiene berührungslos ab und erkennen alle 0,8mm einen neuen Positionswert. Das System ist unabhängig von Temperaturschwankungen und funktioniert auch bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten in Echtzeit. Die Leseköpfe wurden hinsichtlich der Lebensdauer und Lichtintensität verbessert, sodass auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen der Positionswert zuverlässig ermittelt wird. Für den Anschluss an Standardschnittstellen stehen verschiedene Interfacemodule zur Verfügung: parallele Schnittstelle, Profibus, Interbus, DeviceNet oder CANopen. Absolute Weginformation Träger der absoluten Weginformation ist die Codeschiene. Sie wird parallel zur Fahrbahn des Förderfahrzeugs verlegt und weist damit jeder Stelle der Fahrbahn eine eindeutige und exakt reproduzierbare Position zu. Neben der Realisierung von Abzweigungen und Kurven ist es auch möglich, die Codeschiene nur dort zu verlegen, wo die Positionierung erforderlich ist. Bei dem Material der Codeschiene hat der Anwender die Wahl zwischen Kunststoff und Edelstahl. Die maximale Länge einer Schiene beträgt 325m. Bei Bedarf können aber auch mehrere Segmente hintereinander montiert werden. Fahrzeuge identifizieren Das Weg-Codier-System (WCS) ist nicht nur für das Positionieren geeignet. Ein weiteres Einsatzfeld bietet sich dem Weg-Codier-System als Identifikationssystem: Indem man 250mm lange Codeschienensegmente an beweglichen Einheiten anbringt, lassen sich die Einheiten eindeutig identifizieren. Bis zu 1.500 Fahrzeuge können so unterschieden werden. Induktiv & mikrowellenbasiert Der sicheren Identifikation von Werkstücken und Zulieferteilen kommt in den Lagern, Fertigungslinien und einzelnen Arbeitsplätzen der Automobilwerke eine Schlüsselrolle zu. Identsysteme ermöglichen eine Verknüpfung zwischen Datenfluss und Materialfluss, so dass Informationen über Waren und Güter genau dort zur Verfügung stehen, wo sie gebraucht werden. Je nach Aufgabenstellung und Umgebungsbedingungen sind dazu verschiedene Verfahren geeignet. Man unterscheidet zwischen Fixcodesystemen, bei denen die Daten nur auslesbar sind, und Schreib-/Lese-Systemen, bei denen Daten im Codeträger hinterlegt werden können. Zur Anbindung der Auswerteeinheiten an die Steuerungen stehen die gängigen Feldbusse und Schnittstellen zur Verfügung. Induktive Systeme In rauen Industrieumgebungen werden vorwiegend elektromagnetische Identifikationssysteme (RFID = radio frequency identification devices) eingesetzt, da hierfür robuste und chemisch resistente Datenträger zur Verfügung stehen. Induktive Identifikationssysteme arbeiten nach dem Transormator-Prinzip im Nahfeld und nutzen Frequenzen zwischen 125kHz und 12MHz. Sie werden bevorzugt, wenn robuste Datenträger mit hoher Schutzart erforderlich sind, wenn Daten im Prozess ein- und auszulesen sind und wenn viele Datenträger zu geringen Preisen benötigt werden. Mikrowellensysteme Mikrowellensysteme arbeiten nach dem Herz`schen Dipolprinzip mit abgelösten Wellen. Die Sendefrequenz liegt bei 2,45GHz. Die Datenträger erhalten eine Batterie, sodass das modulierte Antwortsig­nal aktiv zurückgespiegelt wird. Es muss also über das Sendesignal keine Energie in den Datenträger transportiert werden. Mikrowellensysteme kommen zum Einsatz, wenn größere Abstände zu überbrücken sind und wenn die Daten im Datenträger verändert werden müssen. Barcode und Data-Matrix Barcode- und Data-Matrix-Code-Systeme sind Fixcode-Systeme, die nach dem optischen Prinzip arbeiten. Bei der Anwendung dieser Systeme darf das Label nicht verschmutzen oder mechanisch belastet werden. Der einfachere Strichcode kommt in fast allen Bereichen der Industrie, des Handels, der Behörden und des täglichen Lebens zum Einsatz. Laser-Scanner erfassen die verschlüsselte Information in Bewegung oder im Stillstand und stellen sie dem Computer über eine normierte Schnittstelle zur Verfügung. Die Scanner-Baureihe VB14 hat ihre Haupteinsatzgebiete im Bereich von Förderanlagen, Kommissioniereinrichtungen und der Lagertechnik. Die Geräte sind mit einem Umlenkspiegel auf seitlichen Lichtaustritt umrüstbar, so dass auch in engen Applikationen ein Lesen des Barcodes möglich ist. Für weitergehende Aufgaben der Datenerfassung und Prozessverfolgung in der Automobilindustrie sind die Scanner der Serie VB33 und VB34 geeignet. Sie ermöglichen Leseraten bis 1.200 Lesevorgänge/Sekunde, beherrschen die gängigen 1D-Codes und sind mit integrierten Schnittstellen für Profibus, DeviceNet und Ethernet ausgestattet. Omnidirektionales Lesen