Kante, Mitte und Bahn an Folie, Extrudat und transparenten Teilen positionieren

Nicht immer ist das Maß gefragt, oft ist es der Ort. Wo genau läuft die Kante der Folie? An welcher Stelle sitzt die Naht, bevor geschweißt wird? Wie hoch ist der Stapel leerer Blister, und wo ist seine Mitte? Bei Bahnware, Extrudat und transparenten Kunststoffteilen wird die Position einer Kante, einer Naht, einer Mitte oder eines Spalts zur eigentlichen Kerngröße. Erschwert wird die Aufgabe durch den Werkstoff: Transparente Behälter sind für einfache Lichttaster kaum sichtbar, dunkle und matte Gummioberflächen liefern wenig Kontrast, und eine laufende Bahn lässt keine tastende Einzelmessung zu. Dieser Beitrag zeigt, wie Sie Kanten-, Naht-, Mitten- und Spaltposition an diesen Materialien inline erfassen und als Stell- oder Prüfsignal ausgeben. Die Position ganzer Teile für den Roboter behandelt der Leitartikel, hier steht die Position von Kante, Mitte und Bahn im Mittelpunkt.

Wichtige Punkte im Überblick

Nicht das Maß eines Teils ist gefragt, sondern sein Ort: die Position einer Kante, einer Naht, einer Mitte oder eines Spalts wird zur Kerngröße, oft inline an laufender Bahnware.
Bei der Bahnkantenregelung erfasst ein Laser-Profilsensor die Kante als Höhensprung unabhängig von Farbe und Transparenz, auch bei Bahngeschwindigkeiten, die in dokumentierten Anwendungen bei 40 bis 50 m/min liegen, und gibt die Position als Stellsignal an die Regelachse aus.
Zentrieren und Referenzieren bilden das zweite Feld: der Sensor stoppt einen Hub wenige Millimeter vor der Oberkante eines Blisterstapels oder liefert die Mitte als Nullbezug für die Folgemessung.
An transparenten und dunklen Teilen entscheidet, ob der Sensor das Material überhaupt sicher sieht: die Höhen- und Spaltmessung liefert dort ein Signal, wo ein einfacher Lichttaster keines bekommt, bei geforderten Genauigkeiten im Zehntel- bis Millimeterbereich.
Die Sensorwahl richtet sich nach Material, Geschwindigkeit und Genauigkeit: ein Laser-Profilsensor für Kanten an Bahnware, ein konfokaler Wegmesssensor für transparente Teile und ein Laser-Wegmesssensor für die schnelle Punktmessung.

Wo Kanten-, Naht-, Mitten- und Spaltposition zur Kerngröße werden

Die Aufgabe tritt überall dort auf, wo ein Prozess auf eine Linie oder einen Bezugspunkt ausgerichtet werden muss, nicht auf ein Bauteil als Ganzes. Bei Bahnware und Extrudat laufen Folie, Laminat und Profile kontinuierlich durch die Anlage, und ihre Kante oder Naht muss laufend verfolgt werden. Bei gestapelten und verpackten Teilen zählt die Mitte oder die Höhe, etwa bei leeren Blistern auf einer Palette oder bei Kisten in einem Kunststofftray. Und bei transparenten Behältern geht es um einen Spalt oder eine Oberkante, die ein einfacher Sensor gar nicht erst sieht.

Das gemeinsame Muster ist klar: Der Ort ist gefragt, nicht das Maß. Beispiele aus der Anwendungspraxis sind die Kante einer laufenden Folie, die Naht eines Laminats vor dem Rohrschweißen, die Mitte eines Blisterstapels als Bezug für den nächsten Griff und der Fügespalt zwischen zwei Bauteilen. In all diesen Fällen liefert das System keinen Gut-Schlecht-Entscheid, sondern einen Positionswert, der weiterverarbeitet wird, sei es als Stellsignal für eine Achse oder als Bezug für eine Folgemessung.

Bahnkantenregelung: Kanten- und Nahtposition bei laufender Folie und Extrudat

Bei laufender Bahnware ist die Kanten- oder Nahtposition ein kontinuierlich wechselnder Wert. Die Folie verläuft seitlich, das Extrudat wandert, und der Prozess muss laufend nachgeführt werden. In der Anwendungspraxis treten dabei Bahngeschwindigkeiten bis in den Bereich von 40 bis 50 m/min auf, bei denen eine tastende Einzelmessung nicht mehr folgen kann.

Die Herausforderung liegt wieder im Material. Transparente Folie, dunkle und matte Gummioberflächen sowie glänzende Laminate erschweren die klassische Kantenerkennung. Ein Ansatz, der sich bewährt hat, ist die Auswertung der Höhe oder des Profils statt des reinen Grauwerts: Eine Kante zeigt sich als Höhensprung, den ein Profilsensor unabhängig von Farbe und Transparenz erfasst. Bei farbcodierten Gummibahnen kann zusätzlich ein Farbband als Bezug dienen, das ein bildbasiertes System auswertet.

Der erfasste Positionswert geht als Stellsignal an die Wickel- oder Regelachse, die die Bahn zurückführt. Damit wird aus der Messung eine aktive Regelung: Der Sensor liefert die Ist-Position, die Steuerung vergleicht sie mit dem Sollwert und korrigiert den Bahnlauf. Wichtig ist eine Ausgabe, die schnell genug ist, um der Bahngeschwindigkeit zu folgen, damit die Regelung nicht hinterherhinkt.

Zentrieren und referenzieren: Blister-Zentrierung und Mitte als Bezug

Ein zweites großes Feld ist das Zentrieren und Referenzieren gestapelter oder verpackter Teile. Leere Blister werden häufig in Stapeln auf Kunststoffpaletten transportiert und müssen für die Weiterverarbeitung zentriert werden. Eine typische Aufgabe aus der Anwendungspraxis ist es, einen Hub wenige Millimeter vor der Oberkante des Stapels zu stoppen, damit anschließend Zylinder schließen und das Teil bis zum Anschlag geführt wird. Der Sensor liefert die Höhe, bei deren Erreichen die Steuerung die Bewegung verlangsamt und stoppt.

Ähnlich funktioniert die Mittenposition als Nullbezug. Statt jedes Teil absolut zu messen, bestimmt das System zunächst die Mitte eines Stapels oder eines Profils und nutzt sie als Referenz für die anschließende Längen- oder Konturmessung. Das macht die Folgemessung unempfindlich gegen Positionsschwankungen bei der Zuführung.

Häufig reicht ein einzelner Sensor nicht aus. Bei größeren Stapeln oder mehreren Spuren werden zwei oder mehr Sensoren kombiniert, die synchron erfassen, etwa an beiden Seiten eines Gaps oder an mehreren Stapeln gleichzeitig. Die Steuerung führt die Werte zusammen und leitet daraus die Position der obersten Lage oder die Zentrierung ab.

Höhe und Spalt an transparenten und dunklen Teilen messen

Transparente und dunkle Teile sind der eigentliche Kern der Schwierigkeit. Eine transparente Flasche oder ein leerer Blister wirft für einen einfachen Lichttaster kein verwertbares Signal zurück, und eine dunkle Oberfläche schluckt das Licht. Hier hilft die gezielte Höhen- und Spaltmessung mit Sensoren, die auf solche Materialien ausgelegt sind.

Eine typische Aufgabe ist die Höhenabfrage an gestapelten Blistern: Der Sensor blickt über den Stapel und meldet, wenn eine definierte Höhe erreicht ist. Eine andere ist die Erkennung der obersten Lage von Kisten in einem Tray über den Spalt links und rechts eines Stapels. Da die Kisten nicht immer vollständig gefüllt sind, lässt sich aus dem Spaltmaß ableiten, auf welcher Höhe die oberste Lage liegt.

Die geforderten Genauigkeiten liegen dabei meist im Zehntel- bis Millimeterbereich, je nachdem, ob es um ein grobes Stoppsignal oder um eine präzise Referenz geht. Entscheidend ist, dass der Sensor das schwierige Material überhaupt sicher sieht, denn eine Messung, die bei transparenten Teilen aussetzt, ist wertlos, auch wenn ihre Auflösung auf dem Papier hoch ist.

Sensorwahl: Laserprofil, konfokal oder Laser-Wegmessung für schwierige Oberflächen

Die passende Technik hängt an Material, Geschwindigkeit und daran, ob eine Kante, eine Höhe oder ein Spalt gesucht wird.

2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000: für Kanten-, Naht- und Höhenposition an Folie, Laminat, Profilen und Bahnen. Da er die Kontur als Höhenprofil abtastet, erkennt er eine Kante als Höhensprung, unabhängig von Farbe und Transparenz.
Konfokaler Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000: für transparente und spiegelnde Materialien, bei denen eine Grauwertauswertung versagt. Er misst Abstand und Höhe auch an Glas, transparentem Kunststoff und glänzenden Oberflächen zuverlässig.
Ultraschnelle und hochgenaue Laser-Wegmesssensoren der Modellreihe LK-G5000: für schnelle Weg- und Positionsmessungen, wenn Höhe oder Abstand mit hoher Rate erfasst werden müssen, etwa an einem laufenden Prozess.
High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G: für die bildbasierte Kanten- und Farbbandposition, wenn neben der Kante zusätzlich ein farbliches Merkmal oder mehrere Bezüge im Bild ausgewertet werden.

Welcher Sensor trägt, zeigt sich am realen Material. Ein Verfahren, das an mattem Kunststoff überzeugt, kann an transparenter Folie scheitern, weshalb die Auswahl an Originalteilen erfolgen sollte.

Anbindung und Regelung: Positionswert als Stell- oder Prüfsignal übergeben

Am Ende muss der Positionswert dorthin, wo er gebraucht wird. Für die Anbindung sind Profinet, EtherNet/IP und digitale I/O gebräuchlich, in der Bahnware kommt daneben ein Feldbus wie Powerlink vor. Welche Schnittstelle passt, richtet sich nach der Bestandsanlage und danach, ob ein Wert oder ein schnelles Stellsignal übergeben wird.

Wichtig ist die Unterscheidung zwischen reiner Prüfung und aktiver Regelung. Bei der Prüfung meldet der Sensor eine Position und die Steuerung entscheidet über gut oder schlecht oder löst einen Trigger aus. Bei der Regelung wird der Positionswert laufend als Stellgröße genutzt, etwa um den Bahnlauf einer Folie zu korrigieren. Die Regelung stellt höhere Anforderungen an die Ausgaberate und die Latenz, weil der Wert schnell genug ankommen muss, um der laufenden Bahn zu folgen.

Für die Umsetzung in Bestandsanlagen ist außerdem zu klären, wer integriert. Häufig übernimmt der Maschinenbauer die Einbindung selbst, in anderen Fällen ein externer Integrator. Eine markenunabhängige Anbindung und eine saubere Kalibrierung sorgen dafür, dass der übergebene Positionswert im Prozess genau umgesetzt wird, ohne dass die vorhandene Steuerungsstruktur umgebaut werden muss.

Häufige Fragen

F Wie messe ich die Kantenposition einer laufenden Folie?

Bei laufender Bahnware erfasst ein Profilsensor die Kante als Höhensprung und liefert die Position kontinuierlich, auch bei Bahngeschwindigkeiten, die in dokumentierten Anwendungen bei 40 bis 50 m/min liegen. Da die Auswertung auf der Höhe beruht, funktioniert sie unabhängig davon, ob die Folie transparent, dunkel oder matt ist. Der Positionswert geht als Stellsignal an die Regelachse, die den Bahnlauf nachführt.

F Warum sieht ein einfacher Lichttaster transparente Teile nicht zuverlässig?

Transparentes Material lässt das Licht überwiegend hindurch und wirft nur einen schwachen, unregelmäßigen Anteil zurück, den ein einfacher Lichttaster kaum stabil auswerten kann. Konfokale Wegmesssensoren und Laser-Wegmesssensoren sind dagegen auf solche Oberflächen ausgelegt und messen Abstand und Höhe auch an Glas und transparentem Kunststoff sicher. Ein Test mit dem Originalmaterial zeigt, welches Verfahren trägt.

F Wie funktioniert die Zentrierung eines Blisterstapels?

Der Sensor erfasst die Höhe des Stapels und meldet, wenn eine definierte Position wenige Millimeter vor der Oberkante erreicht ist. Die Steuerung verlangsamt dann den Hub und stoppt, bevor anschließend Zylinder das Teil bis zum Anschlag führen. Bei größeren Stapeln oder mehreren Spuren erfassen zwei oder mehr Sensoren synchron, damit die Zentrierung über die gesamte Breite stimmt.

F Welche Genauigkeit ist bei Kanten- und Höhenposition erreichbar?

Die geforderten Genauigkeiten liegen je nach Aufgabe im Zehntel- bis Millimeterbereich. Für ein grobes Stoppsignal reicht der Millimeterbereich, für eine Referenz vor einer Folgemessung ist der Zehntelbereich üblich. Der belastbare Wert hängt von Material, Geschwindigkeit und Sensor ab und sollte am Originalteil ermittelt werden.

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

Bei der Prüfung liefert der Sensor eine Position, und die Steuerung entscheidet oder löst einen Trigger aus. Bei der Regelung wird der Positionswert laufend als Stellgröße genutzt, etwa um den Bahnlauf einer Folie aktiv zu korrigieren. Die Regelung verlangt eine höhere Ausgaberate und eine geringe Latenz, damit der Wert der laufenden Bahn folgen kann.

F Welche Schnittstellen brauche ich für die Anbindung?

Gebräuchlich sind Profinet, EtherNet/IP und digitale I/O, in der Bahnware auch ein Feldbus wie Powerlink. Für ein reines Prüfsignal genügt oft ein digitaler Ausgang, für eine aktive Regelung ist eine schnelle, kontinuierliche Wertübergabe nötig. Die Wahl richtet sich nach der Bestandsanlage und danach, ob der Maschinenbauer oder ein Integrator einbindet.

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