Zählen als Maschinenfunktion: Zählstation und Zählmaschine im Maschinen- und Anlagenbau auslegen

Wer eine Zählstation konstruiert, beantwortet zwei Fragen: wie viele, und was die Maschine mit der Zahl tut. Sie schließt ein Gate, wechselt den Karton, hält die Zuführung an oder bucht eine Menge in das ERP. Dieser Leitfaden ist für Konstrukteure und Automatisierer bei Sondermaschinenbauern und Integratoren geschrieben und für die Fertigungsplaner, die eine solche Station spezifizieren. Er folgt der Maschine: vom Vereinzeln vor dem Zählpunkt über das Zählen bis zur Sollmenge und die Station für viele Produkte bis zum Zählen im schnellen Strom. Ein eigener Abschnitt gilt dem Sonderfall, in dem die Zahl ein Messwert am Bauteil ist. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen, Ideen, Konzepten und Tests. Installiert ist davon keine Zählung.

Wichtige Punkte im Überblick

Wer eine Zählstation konstruiert, beantwortet zwei Fragen: wie viele, und was die Maschine mit der Zahl tut, etwa ein Gate schließen, den Karton wechseln, die Zuführung anhalten oder eine Menge in das ERP buchen.
Liegt eine feste Sollzahl je Nest, Tray oder Karton vor und lautet die Antwort i.O. oder n.i.O., ist es eine Vollständigkeitsprüfung, beim Zählen ist die Zahl offen oder groß und nicht durch einen Träger festgelegt.
Gezählt wird, was getrennt am Zählpunkt ankommt, deshalb steht in mehreren Anwendungen die Vereinzelung vor dem Zählen.
Zählt eine Aufgabe Merkmale am Bauteil wie Rippen, Einstiche oder Geflechtfelder, ist die Zahl ein Messwert, und dafür kommt der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 in Frage.
Vor dem ersten Entwurf sollten Maschinenbauer und Endkunde vier Angaben austauschen: das Zählgut, die Spanne vom kleinsten zum größten Teil, den Takt und die Aktion, die die Zahl auslöst.

Wie viele, und was die Maschine damit tut: die Frage hinter der Zählstation

Eine Zählaufgabe im Maschinenbau unterscheidet sich von einer Vollständigkeitsprüfung durch das, was am Ende steht. Liegen in einem Nest immer zehn Teile, lautet die Frage i.O. oder n.i.O.; das behandelt der Beitrag zu Zählen und Bestückungskontrolle in Verpackungs- und Montagelinien. Hier ist die Zahl offen oder groß und nicht durch einen Träger festgelegt. Entweder ist sie selbst das Ergebnis, etwa die Menge einer Charge, oder sie ist der Steuerwert der Maschine, die bei Erreichen der Sollmenge umschaltet.

Daraus folgt, dass in den dokumentierten Anwendungen selten von einem Prüfmerkmal die Rede ist. Gefragt wird nach Vereinzelung, Zuführung, Produktspektrum und Programmwahl. Die Station spezifiziert dabei häufiger der Endkunde, oft zusammen mit dem eigenen Anlagenbau, als der Maschinenbauer, der das Zählmodul entwirft.

Erst vereinzeln, dann zählen: Band, Stufenförderer und Rüttelplatte vor dem Zählpunkt

Gezählt wird, was getrennt am Zählpunkt ankommt. Ein einzelner Strahl erfasst nur, was ihn einzeln passiert; berühren sich zwei Teile, sieht er eines. Deshalb steht in mehreren Anwendungen die Vereinzelung vor dem Zählen. In einer Verpackungsautomation sollen dunkle, nicht rotationssymmetrische Teile auf einem dunklen Band gezählt werden, sortenrein, bei einer Bandbreite von 200 bis 400 mm und einem verhältnismäßig langsamen Band. Weil die Teile nicht immer vereinzelt vorliegen, wird über eine Kamera nachgedacht; ob Matrix- oder Zeilenkamera, ist offen, und den mechanischen Aufbau soll der interne Maschinenbau übernehmen.

Ein anderer Endkunde lagert viele verschiedene Bauteile in Kisten und lässt sie heute von Mitarbeitenden wiegen. Seine Idee ist, die Teile über ein Band vorzuvereinzeln und dann zu zählen, wie viele in die nächste Kiste gehen; für die Vereinzelung käme der eigene Anlagenbau in Frage. Für das Bild über dem Band kommt die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS in Frage. Ihr Blob-Werkzeug zählt Objekte und misst dabei Fläche und Schwerpunkt; berühren sich Teile, können sie auch im Bild zu einem Objekt verschmelzen, deshalb bleibt die Vereinzelung davor nötig.

Bis zur Sollmenge zählen: wenn die Zahl den Karton wechselt oder das Gate schließt

Hier kommt die Zahl vor der Aktion. Ein Hersteller von Backanlagen für Gebäck beschreibt eine Linie mit mehreren Strängen: Vorne soll die Qualität geprüft werden, hinten werden die zusammengeschobenen Produkte über ein Gate auf eine Abnahmeposition gefördert, und das Gate soll bei einer definierten Anzahl schließen. Heute nehmen Mitarbeitende am Linienende die Produkte ab. Für das Zählen ist auch ein Sensor je Strang als Option notiert. Wie ein 3D-Profil im Durchlauf zählt, beschreibt der Beitrag zur Bestückungskontrolle in Montagelinien.

Ein Maschinenbauer legt Kunststoffleisten in mehreren Farben über einen Stufenförderer auf, mit mindestens zwei Zuführungen; erkannt werden muss, wie viele Teile in den Karton fallen, wobei die Enden frei im Raum liegen können. Für Schrauben, die ein Endkunde beim automatisierten Verpacken von Ersatzteilen bis zur Sollmenge in die Verpackung zählen will, funktionierte der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 mit AI Count in einem Versuch gut.

Für bewegte Teile dokumentiert die Anleitung des Vision-Sensors den AI Dynamic Count Modus: Er zählt mehrere Objekte gleichzeitig an einer Zähllinie, ohne dass das Band anhält, im Hochgeschwindigkeitsmodus auch fallende Objekte, und setzt einen Ausgang, sobald der Zählwert den Sollwert erreicht oder überschreitet. Die Übergabe an die Steuerung ist danach ein Signal, kein eigenes Projekt.

Eine Station, viele Produkte: Programm je Zählgut statt Station je Produkt

Eine Zählstation wird über ihr Spektrum ausgelegt, nicht über ein Teil. Ein Endkunde aus dem Maschinenbau plant eine automatische Kleinteilezählung für rund 100 Varianten, mit einem Bildfeld von rund 250 x 500 mm und von Hand immer gleich eingelegten Teilen. Die Zählung dauert heute über 20 s, das Ziel liegt bei etwa einer Sekunde. Für kleine Bauteile auf Trägerfolie wünscht ein anderer Kunde eine Station, an der der Bediener das Rezept auswählt, die Produkte einlegt und auf einen Knopf drückt, mit Lichtfarbe und Intensität je Produkt.

Am weitesten reicht der Wunsch nach einer kompletten Zählanlage für lange Drehteile: je nach Auftrag die passende Stückzahl zählen und den Rest als Lagerbestand ablegen, bei rund tausend Produkten mit meist ähnlichen Größen.

Viele Produkte heißen viele Programme. Der AI Vision-Sensor schaltet über externe Eingänge bis zu 32 Programme um, die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera unterscheidet bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug. Bei hundert oder tausend Zählgütern gehört die Programmverwaltung deshalb in den ersten Entwurf.

Im schnellen Strom: ein Signal je Kanal oder ein Bild über alle Bahnen

Wo der Maschinenbauer den Zählpunkt in jede gebaute Maschine setzt, braucht jeder Kanal einen eigenen Sensor. Ein Maschinenbauer hat das Zählen von Beuteln mit Digitalen Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N an Lichtleitergeräten der Modellreihe FU getestet und war mit dem Ergebnis sehr zufrieden. Der Lichtleitersensor liefert je Objekt einen Impuls, gezählt wird in der Steuerung.

Unter einem Millimeter löst das Bild den Einzelsensor ab. In einer Galvanik sollen Teile von 0,5 bis 1 mm auf einem Förderband exakt gezählt werden; dafür kommt der Zählmodus des Vision-Sensors in Frage. Ein Hersteller von Halbleiteranlagen will die Umdrehungen von Pins an einem Chuck-Motor zählen.

Bei mehreren Bahnen ist die Wahl eine Auslegungsfrage: ein Sensor je Bahn oder ein Bild über alle. Zählt die Kamera im Strom, braucht sie eine Regel, damit dasselbe Teil auf zwei aufeinanderfolgenden Bildern nicht doppelt gezählt wird.

Wenn die Zahl ein Messwert ist: Rippen, Einstiche und Geflechtfelder am Bauteil

Manche Aufgaben zählen keine Stücke, sondern Merkmale, deren Zahl variiert und selbst der Qualitätswert ist. An gedrehten Rippenrohren sollen die Rippen per Zoll zusammen mit Höhe, Breite und Abstand der Rippen im laufenden Vorschub erfasst werden statt wie heute taktil von Hand; der Fall steht im Konzept. Ein Maschinenbauer plant eine Endprüfstation für ein langes zylindrisches Bauteil von rund 900 mm, an der Einstiche als Variantencodierung erkannt und gezählt werden, als eine von mehreren Prüfungen bei rund 100 s je Teil. Auch das ist ein Konzept.

An einem geflochtenen Schlauch, schwarz und rot mit einem weißen Strich, sollen die Geflechtfelder je 100 mm gezählt werden, heute manuell, später in der Anlage, die der Kunde selbst baut. Für diese Aufgaben kommt der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 in Frage, mit einem X-Feld von 7,0 bis 510 mm je nach Messkopf. Bei beschichteten Pellets sollen kleine Kugeln in der Beschichtung gezählt werden, heute von Hand an einer Probe von 200 g. Für die Auswertung kommt die All-in-One Kamera in Frage.

Vier Angaben vor dem ersten Entwurf: Zählgut, Spanne, Takt und Aktion

Die Fälle zeigen, welche Angaben Maschinenbauer und Endkunde früh austauschen sollten. Erstens das Zählgut: Form, Farbe, Oberfläche und ob die Teile sich berühren oder überlappen. Zweitens die Spanne, also das kleinste und das größte Teil und die Zahl der Produkte; daraus folgen Bildfeld, Auflösung und Programmanzahl. Drittens der Takt der Maschine und die Bandgeschwindigkeit. Viertens das, was die Zahl auslöst: Gate, Kartonwechsel, Stopp der Zuführung oder eine Buchung im ERP.

Wer die Zahl weiterreicht, entscheidet auch über den Ort der Zählung. Ein Zählpunkt am Strang, der einen Impuls liefert, wird anders gebaut als eine Station, an der ein Bediener einlegt und startet. In der Anwendungspraxis zeigt sich das erst am eigenen Zählgut.

Häufige Fragen

F Wann ist Zählen eine Maschinenfunktion und keine Vollständigkeitsprüfung?

Wenn die Zahl offen ist und die Maschine mit ihr etwas tut, etwa ein Gate schließen oder den Karton wechseln. Liegt dagegen eine feste Sollzahl je Nest, Tray oder Karton vor und die Antwort lautet i.O. oder n.i.O., ist es eine Vollständigkeitsprüfung. Das Werkzeug kann in beiden Fällen dasselbe sein, entscheidend ist die Frage.

F Kann ein Vision-Sensor Teile zählen, ohne das Band anzuhalten?

Der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 dokumentiert dafür den AI Dynamic Count Modus. Er zählt bewegte Objekte, auch mehrere gleichzeitig, an einer Zähllinie und erfasst im Hochgeschwindigkeitsmodus auch fallende Objekte. Ein Ausgang schaltet, wenn der Zählwert den Sollwert erreicht oder überschreitet.

F Lichtleitersensor oder Kamera: was zählt im schnellen Strom?

Ein Lichtleitersensor liefert je Objekt einen Impuls und passt, wenn die Teile vereinzelt an einem Punkt vorbeilaufen und jeder Kanal einen eigenen Zählpunkt bekommt. Sind die Teile sehr klein oder laufen mehrere Bahnen, ist ein Bild oft einfacher; berühren sie sich, gehört eine Vereinzelung vor den Zählpunkt. Die Kamera braucht dann eine Regel gegen Doppelzählung über aufeinanderfolgende Bilder.

F Wie viele Produkte kann eine Zählstation verwalten?

Das hängt von der Programmverwaltung ab. Der Vision-Sensor schaltet über externe Eingänge bis zu 32 Programme um, die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera der Modellreihe VS unterscheidet bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug. Bei rund hundert oder tausend Produkten gehört die Frage, wie Programme angelegt und gewählt werden, in den ersten Entwurf.

F Wie zählt man Rippen, Einstiche oder Geflechtfelder an einem Bauteil?

Diese Zahlen sind Messwerte und werden entlang des Bauteils erfasst, oft aus Profildaten an einem drehenden oder laufenden Teil. Dafür kommt der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 in Frage. In mehreren dokumentierten Fällen soll die Messung eine taktile oder manuelle Kontrolle ersetzen.

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