Kante, Mitte und Vorschub auf Coil und Blech inline positionieren und messen

Bei Coil, Stanzband und Blech geht es häufig nicht um ein Maß, sondern um eine Position. Wo verläuft die Bahnkante, wie weit ist das Band vorgeschoben, wo liegt die Mitte einer Bramme und wie hoch ist ein Blechstapel? Solche Positionswerte steuern und sichern die Folgeprozesse einer Stanz-, Umform- oder Fügelinie. Das Material macht die Aufgabe anspruchsvoll, denn blankes Blech spiegelt, Zunder absorbiert Kontrast und ein einfacher Lichtsensor kann die geforderte Toleranz häufig nicht einhalten. Dieser Beitrag zeigt, wie Sie Kanten-, Mitten- und Vorschubpositionen inline erfassen, welcher Sensor sich für glänzende und zunderbehaftete Teile eignet und wie der Positionswert als Stell- oder Prüfsignal in die Anlage übertragen wird. Die Positionsübergabe an den Roboter behandelt der Leitartikel. Im Mittelpunkt dieses Beitrags steht die laufende Bahn.

Wichtige Punkte im Überblick

Bei Coil, Stanzband und Blech ist nicht das Maß gefragt, sondern der Ort: Kantenlage, Vorschub, Mitte oder Stapelhöhe werden zur Kerngröße, meist inline im Serientakt.
Auf glänzendem Stanzband hält ein einfacher Lichtsensor die in dokumentierten Anwendungen geforderten zwei Zehntel Millimeter oft nicht, während ein schmales Lichtband oder eine Höhenmessung ein vom Glanz unabhängiges Signal liefert.
Die Mitte einer Bramme oder eines breiten Blechs dient als Nullbezug für Länge und Kontur, und bei Blechpaketen bestätigt die Gesamthöhe in dokumentierten Anwendungen mit einer Toleranz um einen halben Millimeter die richtige Lagenzahl.
Eine Schweißnaht wird am Bandanfang optisch erkannt und ihre Position über Encoder und letzte Stanze verrechnet, sodass das betroffene Teil später gezielt ausgeschleust wird.
Die Sensorwahl richtet sich nach Material, Geschwindigkeit und Genauigkeit: ein Laser-Profilsensor für Kante, Naht und Höhe, ein konfokaler Wegmesssensor für stark spiegelnde Flächen und ein Laser-Wegmesssensor für die schnelle Punktmessung.

Wo Kanten-, Mitten- und Vorschubposition zur Kerngröße werden

Die Aufgabe tritt an mehreren Stellen der Prozesskette auf, folgt jedoch stets demselben Muster: Gesucht ist nicht das Maß eines Merkmals, sondern dessen Position. In der Anwendungspraxis wiederholen sich einige Konstellationen.

An Coil und Stanzband müssen Bahnkante oder Vorschub überwacht werden, damit die nächste Stanze an der richtigen Stelle trifft.
Bei Blechpaketen und Stapeln ist die Höhe entscheidend, beispielsweise um eine Fehlmontage zu verhindern oder eine korrekte Paketstärke zu bestätigen.
Bei Brammen und breiten Bauteilen wird die Mitte als Nullbezug für die weitere Bearbeitung benötigt.
Entlang eines Stanzbands muss die Position einer Schweißnaht verfolgt werden, um sie später gezielt auszuschleusen.

Allen Fällen gemeinsam ist, dass der Positionswert entweder direkt in die Anlagensteuerung eingreift oder als Prüfsignal eine Fehllage meldet. Der Auslöser für ein Projekt ist häufig ein zu ungenauer Bestandssensor oder eine manuelle Kontrolle mit Bandmaß und Messschieber, die im Serientakt nicht mehr zuverlässig funktioniert.

Vorschubkontrolle: Die Position auf glänzendem Stanzband zuverlässig halten

Die Vorschubkontrolle ist der klassische Anwendungsfall. Auf einer Progressivstanze muss das Band von Hub zu Hub um einen definierten Betrag vorrücken, damit jede Station an der richtigen Stelle arbeitet. In der Anwendungspraxis liegt die geforderte Genauigkeit bei etwa zwei Zehntelmillimetern. In diesem Bereich stößt ein einfacher Lichtsensor auf blankem Blech häufig an seine Grenzen.

Das Problem liegt erneut in der Oberfläche. Ein glänzendes Stanzband reflektiert das Licht gerichtet, sodass das Signal eines optischen Tasters abhängig von der Reflexion schwanken kann. Ein schmales Lichtband oder eine Höhenmessung schafft hier Abhilfe, weil dadurch an einer definierten Kante oder Struktur ein stabiles Signal entsteht, das weitgehend unabhängig vom Glanz ist.

Der gemessene Positionswert wird als Stell- oder Prüfsignal an die Stanzsteuerung übertragen. Im einfachsten Fall meldet er eine Fehllage und stoppt den Prozess. In einer anspruchsvolleren Variante fließt er in die Vorschubregelung ein. Da ein reiner Encoderwert über die Zeit driften kann, ist eine optische oder laserbasierte Referenz am Band eine sinnvolle Ergänzung.

Mitte und Höhe finden: Bezug für Folge- und Fügeprozesse

Viele Folgeprozesse benötigen einen zuverlässigen Nullbezug. Die Mitte einer Bramme oder eines breiten Blechs dient als Referenz, von der aus Länge und Kontur gemessen oder ein Fügeschritt ausgerichtet werden. Wird die Mitte zuverlässig bestimmt, lassen sich alle weiteren Maße darauf beziehen, anstatt sich auf eine ungenaue Anlagekante zu verlassen.

Die Höhe ist die zweite wichtige Größe. Bei Blechpaketen und Statorstapeln entscheidet die Gesamthöhe darüber, ob die richtige Anzahl an Lagen verbaut ist. In dokumentierten Anwendungen liegt die geforderte Toleranz im Millimeterbereich, häufig bei etwa einem halben Millimeter, bei Paketstärken von einigen Zentimetern. Eine berührungslose Höhenmessung erfasst diesen Wert schnell und verschleißfrei, während ein mechanischer Anschlag nur umständlich umzurüsten wäre.

Wenn mehrere Bezüge gleichzeitig benötigt werden, beispielsweise Kante und Höhe oder beide Bahnkanten einer breiten Bahn, lassen sich mehrere Messköpfe kombinieren und synchron auslesen. So entsteht aus den Einzelwerten ein vollständiges Lagebild der Bahn, ohne dass ein einzelner Sensor die gesamte Breite abdecken muss.

Naht- und Kantenposition entlang Coil und Blech

Ein eigener Anwendungsfall ist die Verfolgung eines Merkmals entlang der laufenden Bahn. Eine Schweißnaht auf einem Stanzband soll am Anfang der Reihe erkannt werden. Ihre Position wird anschließend mithilfe des Encoders und unter Berücksichtigung der letzten Stanze berechnet, damit das betroffene Teil später gezielt ausgeschleust werden kann. Hier verbindet sich die optische Erkennung der Naht mit der Weginformation der Anlage zu einer zuverlässigen Positionszuordnung.

Die Kanten- und Profilposition auf einem laufenden Band bildet die zweite Aufgabe dieser Gruppe. An Rollen und Walzen muss die Lage des Profils überwacht werden, damit die Bahn nicht auswandert. Ein Höhenprofil eignet sich dafür besonders gut, weil es Kante und Kontur gleichzeitig abbildet und auf dunklem oder zunderbehaftetem Material stabiler bleibt als ein reines Grauwertbild.

Große Bauteil- und Rollenbreiten stellen dabei eine besondere Anforderung dar. Bahnen mit einer Breite von deutlich über einem Meter lassen sich mit einem einzelnen Messkopf nicht mit hoher Auflösung erfassen. In diesem Fall werden mehrere Köpfe über die Breite verteilt oder ein bewegter Kopf über die Bahn geführt, um Kante und Profil an den relevanten Stellen zuverlässig zu erfassen.

Sensorwahl: Laser-Profilsensor, konfokal oder Laser-Wegmessung für glänzende und zunderbehaftete Teile

Die passende Technik richtet sich nach Merkmal, Geschwindigkeit und Oberfläche.

2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000: Für Kanten-, Naht- und Höhenposition auf Band und Rolle ist ein Laser-Profilsensor die vielseitige Wahl, weil er ein ganzes Höhenprofil liefert und Kante, Kontur und Höhe zugleich erfasst, unabhängig von Farbe und Glanz.
Konfokaler Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000: Auf stark spiegelnden und schwierigen Oberflächen spielt ein konfokaler Wegmesssensor seine Stärke aus, weil er auch dort ein stabiles Signal liefert, wo ein Triangulationssensor am gerichteten Reflex scheitert.
Ultraschnelle und hochgenaue Laser-Wegmesssensoren der Modellreihe LK-G5000: Für die schnelle Weg- und Positionsmessung an einem Punkt, etwa eine Stapelhöhe oder eine Kantenlage bei hoher Bandgeschwindigkeit, ist ein Laser-Wegmesssensor die passende Wahl.

Wenn das Merkmal im Grauwertbild eindeutig erkennbar ist und keine Höheninformation benötigt wird, kommt auch ein Bildverarbeitungssystem der Modellreihen CV-X oder XG-X mit Kantenwerkzeugen infrage, um Kante und Mitte im Bild zu bestimmen. Welcher Sensor für das jeweilige Material geeignet ist, lässt sich seriös nur am realen Band und unter den tatsächlichen Bedingungen beurteilen, also bei öliger, glänzender oder zunderbehafteter Oberfläche.

Anbindung und Regelung: Positionswert als Stell- oder Prüfsignal übergeben

Am Ende steht die Frage, wie der Positionswert weiterverarbeitet wird. Die Übergabe erfolgt über gängige Schnittstellen wie PROFINET, EtherNet/IP und IO-Link oder über analoge und digitale I/O, abhängig von den Möglichkeiten der vorhandenen Anlage. Ein analoger Ausgang eignet sich für die Übertragung eines kontinuierlichen Positionswerts. Ein digitales Signal wird dagegen für eine einfache Gut- oder Schlechtmeldung verwendet.

Wichtig ist die Unterscheidung zwischen einer reinen Prüfung und einer aktiven Regelung. Bei einer Prüfung meldet der Sensor eine Fehllage und stoppt oder markiert das Teil, ohne in den Prozess einzugreifen. Bei einer Regelung wird der Positionswert kontinuierlich an die Steuerung übertragen, die beispielsweise den Vorschub oder die Bahnlage korrigiert. Eine Regelung bietet umfangreichere Möglichkeiten, stellt jedoch höhere Anforderungen an Taktzeit und Anbindung und sollte deshalb frühzeitig mit dem Anlagenbauer abgestimmt werden.

Da es sich häufig um eine Nachrüstung handelt, muss die Integration in die vorhandene Anlage eindeutig geklärt werden. Unabhängig davon, ob der Maschinenbauer die Anbindung übernimmt oder ein Integrator für die Umsetzung verantwortlich ist, sollten Schnittstellen und Zuständigkeiten vor der Bestellung feststehen. Ein Machbarkeitstest mit dem realen Band stellt sicher, dass der ausgewählte Sensor sowohl mit der Oberfläche als auch mit der Bandgeschwindigkeit zuverlässig arbeitet.

Häufige Fragen

F Wie halte ich den Vorschub auf einem glänzenden Stanzband sicher?

Auf blankem Blech kann das Signal eines einfachen Lichtsensors durch gerichtete Reflexionen schwanken. Die geforderte Genauigkeit von etwa zwei Zehntelmillimetern wird dadurch häufig nicht erreicht. Ein schmales Lichtband oder eine Höhenmessung liefert an einer definierten Kante oder Struktur ein stabiles Signal, das weitgehend unabhängig vom Glanz ist. Dieser Positionswert wird als Stell- oder Prüfsignal an die Stanzsteuerung übertragen und ergänzt den möglicherweise driftenden Encoderwert.

F Welcher Sensor eignet sich für spiegelnde oder zunderbehaftete Oberflächen?

Für die Erfassung von Kante, Naht und Höhe an Band und Rolle eignet sich ein 2D- oder 3D-Laserprofilsensor der Modellreihe LJ-X8000. Er liefert ein vollständiges Höhenprofil, das unabhängig von Farbe und Glanz ausgewertet werden kann. Auf stark spiegelnden Oberflächen liefert ein konfokaler Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000 auch dort ein stabiles Signal, wo ein Triangulationssensor an gerichteten Reflexionen scheitern kann. Für schnelle Punktmessungen eignet sich ein Laser-Wegmesssensor der Modellreihe LK-G5000.

F Wie messe ich die Höhe eines Blechpakets oder Stapels?

Eine berührungslose Höhenmessung erfasst die Gesamthöhe eines Blechpakets schnell und verschleißfrei. Ein mechanischer Anschlag wäre dagegen nur umständlich umzurüsten. In der Anwendungspraxis liegt die geforderte Toleranz im Millimeterbereich, häufig bei etwa einem halben Millimeter, bei Paketstärken von einigen Zentimetern. So lässt sich eine Fehlmontage mit zu vielen oder zu wenigen Lagen verhindern.

F Wie wird die Position einer Schweißnaht auf dem Stanzband verfolgt?

Die Naht wird am Anfang der Stanzreihe optisch erkannt. Ihre Position wird anschließend anhand des Encoderwerts und der letzten Stanze berechnet. So bleibt bekannt, an welcher Stelle des Bands sich die Naht befindet, und das betroffene Teil kann später gezielt ausgeschleust werden. Die optische Erkennung und die Weginformation der Anlage ergänzen sich dabei zu einer zuverlässigen Positionszuordnung.

F Was ist der Unterschied zwischen Prüfung und Regelung der Position?

Bei einer reinen Prüfung meldet der Sensor eine Fehllage und stoppt oder markiert das Teil, ohne in den Prozess einzugreifen. Bei einer Regelung wird der Positionswert kontinuierlich an die Steuerung übertragen, die beispielsweise den Vorschub oder die Bahnlage aktiv korrigiert. Die Regelung bietet umfangreichere Möglichkeiten, stellt jedoch höhere Anforderungen an Taktzeit und Anbindung und sollte deshalb frühzeitig mit dem Anlagenbauer abgestimmt werden.

F Über welche Schnittstellen wird der Positionswert übergeben?

Die Übergabe erfolgt über gängige Feldbusse wie PROFINET und EtherNet/IP, über IO-Link oder über analoge und digitale I/O. Welche Schnittstelle verwendet wird, hängt von den Möglichkeiten der vorhandenen Anlage ab. Ein analoger Ausgang eignet sich für die Übertragung eines kontinuierlichen Positionswerts. Ein digitales Signal wird für eine einfache Gut- oder Schlechtmeldung verwendet. Bei einer Nachrüstung sollte die passende Schnittstelle frühzeitig mit dem Maschinenbauer oder Integrator geklärt werden.

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