Spritzgussteile im freien Fall zählen: Stückzahl beim Auswerfen und an der Rutsche mit Lichtleiter und Vision-Sensor erfassen

Zwischen Auswerfer und Karton liegen an vielen Spritzgießmaschinen nur wenige Zentimeter Fallstrecke. Dort lässt sich die Stückzahl erfassen, bevor das Teil im Karton zwischen Hunderten anderen verschwindet. Dieser Beitrag richtet sich an Automatisierungs- und Instandhaltungsingenieure in Spritzgießbetrieben und in der Gummiverarbeitung, die einen Abwurf aus der Maschine, eine Rutsche oder einen Rütteltopf vor sich haben und wissen wollen, wie viele Teile tatsächlich gefallen sind. Er stützt sich auf dokumentierte Anwendungen an Spritzgießmaschinen, Rutschen, Packstationen und Handarbeitsplätzen.

Wichtige Punkte im Überblick

Solange die Teile nacheinander fallen, ist die Fallstrecke nach dem Auswerfen der einfachste Zählpunkt hinter der Maschine, weil die Schwerkraft sie durch einen schmalen Querschnitt zieht, den ein Sensor vollständig überwachen kann.
Mit Digitalen Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N und einer Bereichsoptik über die Breite der Fallstrecke entsteht je fallendem Teil ein Schaltimpuls, den die Steuerung als Zählimpuls aufaddiert.
Weil ein Teil, das sich im Fall dreht oder Durchbrüche hat, den Ausgang mehrfach schalten kann, liegt die Zählung im dokumentierten Fall auf der fallenden Flanke mit einem Zeitglied.
Ein Strahl, ein Lichtband oder ein Lichtgitter zählt Unterbrechungen, deshalb ergeben zwei aneinanderhaftend fallende Teile nur eine Zählung.
Für den Vision-Sensor über der Rutsche gibt es zwei Stellgrößen: einen ruhigen, gleichmäßigen Hintergrund mit Kontrast zum Teil und eine Aufnahme, die zur Fallgeschwindigkeit passt.

Die Fallstrecke als Zählpunkt: warum hier jedes Teil einzeln vorbeikommt

Nach dem Auswerfen hat das Teil die Maschine verlassen, und auf dem Weg in den Karton passiert es eine einzige, gut abgrenzbare Stelle. Auf einem Band liegen Teile nebeneinander, berühren sich oder schieben sich übereinander. Im Fall dagegen zieht die Schwerkraft sie in eine Richtung und durch einen schmalen Querschnitt, den ein Sensor vollständig überwachen kann. Solange die Teile nacheinander fallen, ist das der einfachste Zählpunkt hinter der Maschine. Fallen sie gemeinsam, etwa alle Teile eines Schusses auf einmal, wird daraus eine Bildaufgabe.

Gezählt wird hier nur, wie viele Teile gefallen sind. Ob das geöffnete Werkzeug danach leer ist, beantwortet die Kavitätenkontrolle am Entnahmehandling, ob ein Nest vollzählig belegt ist, die Vollständigkeitsprüfung im Spritzguss. Auch das Signal, dass ein Teil das Werkzeug verlassen hat, als Schutz für das Werkzeug ist eine eigene Aufgabe.

Nicht jede Fallstrecke liegt direkt an der Maschine. An einem Handarbeitsplatz eines Spritzgießbetriebs werfen Mitarbeitende fertige Teile in eine Kiste, die auf einer Waage steht. Gezählt wird dort bisher über das Gewicht, gesucht ist eine Lösung mit Sensor.

Lichtleiter mit Bereichsoptik über die Breite der Fallstrecke

Ein einzelner Lichtstrahl überwacht einen Punkt. Fällt ein Teil seitlich daneben, bleibt es ungezählt. Ein Lichtleitergerät der Modellreihe FU als Bereichsoptik deckt stattdessen einen Bereich über die Breite der Fallstrecke ab. Zusammen mit Digitalen Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N entsteht bei jedem Teil, das durch diesen Bereich fällt, ein Schaltimpuls, den die Steuerung als Zählimpuls aufaddiert.

An einer Spritzgießmaschine wurde dieser Aufbau mit fallenden Teilen erfolgreich getestet.

In einem anderen Betrieb laufen Spritzgussteile verschiedener Form, teils kammartig, teils steckdosenähnlich, über ein Band. Konstruktiv ließen sie sich vereinzeln, anschließend fielen sie in einen Karton, und genau dabei soll gezählt werden. Auch hier kommt der Lichtleitersensor mit Bereichsoptik am Auswurf in Frage.

Für Kunststoffteile, die nach dem Prozess in eine Packstation fallen, kommen zwei Varianten in Frage: Lichtleitersensor mit Bereichsoptik oder zwei Lichtschranken. Die Zählung war im ursprünglichen Anlagenkonzept nicht vorgesehen und kommt nachträglich hinzu. Am Handarbeitsplatz mit der Waage passt ebenfalls ein Lichtleitersensor mit Bereichsoptik. Bei einem Hersteller von Spritzgussteilen für Fahrzeuge geht es um dieselbe Kombination für fallende Kunststoffteile.

Ein Impuls je Teil: fallende Flanke und Zeitglied auswerten

Ein fallendes Teil unterbricht den Lichtbereich nicht immer in einem sauberen Zug. Dreht es sich im Fall oder hat es Durchbrüche, kann der Ausgang mehr als einmal schalten. An Spritzgießmaschinen für Steckverbinder wurde die Zählung auf die fallende Flanke gelegt und mit einem Zeitglied verbunden. Der Sensor ist dort im Einsatz.

Wie lang das Zeitfenster sein darf, folgt aus dem Zählgut. Rechnerisch muss es länger sein als die Zeit, die ein Teil im Lichtbereich verbringt, und kürzer als der kleinste zeitliche Abstand zwischen zwei Teilen. Kommen Teile dichter, als dieses Fenster erlaubt, stößt die Methode an ihre Grenze.

Wenn Teile zusammen fallen oder aneinander haften: Bild statt Strahl

Ein Strahl, ein Lichtband und ein Lichtgitter zählen Unterbrechungen. Fallen zwei Teile aneinanderhaftend oder dicht hintereinander, entsteht nur eine Unterbrechung, und die Steuerung zählt eins. In einer Verpackungsmaschine fallen Kleinteile aus Gummi und Kunststoff von sehr unterschiedlicher Länge rund 10 cm tief aus einem Rütteltopf, und teilweise kleben sie zusammen. Gesucht war eine Lösung, damit die richtige Anzahl verpackt wird.

Ein Vision-Sensor in Draufsicht auf Fallstrecke oder Rutsche sieht die Teile als Objekte und nicht als Unterbrechung. Für bewegte Objekte dokumentiert der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 den AI Dynamic Count Modus. Er zählt mehrere Objekte gleichzeitig an einer Zähllinie, ohne dass sie anhalten müssen, und im Hochgeschwindigkeitsmodus sind auch fallende Objekte vorgesehen. Mit einem Arbeitsabstand von 50 mm bis über 3 m lässt sich der Sensor meist dort montieren, wo über der Rutsche noch Platz ist. Ob zusammenklebende Teile im Bild sicher getrennt werden, zeigt erst ein Test mit Originalteilen.

Der Vision-Sensor über der Rutsche: Hintergrund, Geschwindigkeit und Kartonwechsel

Bei einem Gummiverarbeiter sollten Spritzgussteile gezählt werden, bevor sie in die Kiste fallen. Für einen ersten Versuch wurde der Vision-Sensor auf Geschwindigkeit eingestellt, hinter der Fallstrecke diente Pappe als Hintergrund. Das Bild sah gut aus; für eine sichere Aussage reicht ein erster Versuch aber nicht. Denkbar ist auch ein Umbau mit einer Rutsche und drei Boxen statt einer, dazu Gitterboxen statt Holzboxen.

Der Versuch zeigt zwei Stellgrößen. Ein ruhiger, gleichmäßiger Hintergrund mit Kontrast zum Teil macht das Zählgut im Bild eindeutig, dunkle Gummiteile vor heller Pappe sind ein einfaches Beispiel. Und die Aufnahme muss zur Fallgeschwindigkeit passen, damit jedes Teil die Zähllinie im Bild klar überquert.

Bei Werkstücken, die aus einer Spritzgießmaschine fallen, ist die Aufgabe anspruchsvoll. Tests mit dem Vision-Sensor im Betrieb verliefen erfolgreich; dabei ging es auch darum, die gewünschte Stückzahl über AI Count als Ausgang zu melden. Die Zählung gehört dort zu einer neuen Verpackungsmaschine.

Beim Kartonwechsel produziert die Maschine weiter. Der AI Dynamic Count Modus schaltet seinen Ausgang, wenn der Zählwert dem Sollwert entspricht oder ihn erreicht und überschreitet. Der Zählwert reicht bis 9.999.999, ein automatischer Reset ist vorgesehen. Mechanisch braucht der Wechsel eine Stelle, an der die nachfallenden Teile umgelenkt werden, etwa eine Klappe in der Rutsche vor zwei oder mehr Boxen. Wie Zählwert und Signal an die Steuerung gehen, behandelt der Beitrag zu Zählen und Bestückungskontrolle in Verpackungs- und Montagelinien.

Ein Zählpunkt je Maschine: dieselbe Einstellung für gleiches Zählgut

Kaum ein Spritzgießbetrieb hat nur eine Maschine, und an jeder fällt dieselbe Zählaufgabe an. Ein Zählpunkt je Maschine verlangt deshalb einen Aufbau, der sich ohne neue Auslegung auf die nächste Maschine übertragen lässt: dieselbe Montageposition an der Fallstrecke, dieselbe Lage der Bereichsoptik, derselbe Hintergrund hinter der Rutsche.

Für die Übertragung hilft eine Reihenfolge. Zuerst eine Maschine mit Originalteilen und echtem Takt, dabei die Fehl- und Doppelzählungen auswerten. Dann dieselbe Einstellung an Maschinen mit gleichem Zählgut übertragen. Wechseln mit dem Werkzeug die Teile, hält der Vision-Sensor intern 32 Programme, sodass je Teil eine eigene Einstellung bereitsteht.

Häufige Fragen

F Zählt der Lichtleitersensor die Teile selbst?

Im hier beschriebenen Aufbau erzeugt der Lichtleitersensor mit Bereichsoptik je fallendem Teil einen Schaltimpuls. Aufaddiert wird in der Steuerung, die bei der Sollmenge den Kartonwechsel auslöst.

F Wie wertet man den Impuls eines fallenden Teils aus?

In einem dokumentierten Fall wertet die Zählung die fallende Flanke aus und verbindet sie mit einem Zeitglied. Das Zeitfenster muss länger sein als die Durchgangszeit eines Teils und kürzer als der kleinste Abstand zwischen zwei Teilen.

F Kann ein Vision-Sensor fallende Teile erfassen?

Der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 dokumentiert für den AI Dynamic Count Modus einen Hochgeschwindigkeitsmodus, der auch fallende Objekte vorsieht. Gezählt wird an einer Zähllinie, mehrere Objekte gleichzeitig. Ob das am eigenen Teil und bei der eigenen Fallhöhe trägt, klärt ein Test mit Originalteilen.

F Welcher Hintergrund eignet sich hinter der Fallstrecke?

Ein ruhiger, gleichmäßiger Hintergrund mit deutlichem Kontrast zum Teil. In einem dokumentierten Versuch mit Gummispritzgussteilen diente einfache Pappe als Hintergrund, und das Bild sah gut aus.

F Was passiert beim Kartonwechsel mit Teilen, die weiterfallen?

Die Maschine produziert weiter, deshalb braucht der Wechsel eine Umlenkung, etwa eine Klappe in der Rutsche vor zwei oder mehr Boxen. Das Signal dafür kommt, wenn der Zählwert den Sollwert erreicht.

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