Robotische transfersystemen besturen met laserafstandssensoren

Laserafstandssensoren worden veelvuldig gebruikt in de robotica- en automatiseringsindustrie. Ze kunnen veel verschillende facetten van de industrie omvatten, maar dit artikel richt zich op het retrofitten van cellen voor verouderde technologie met behulp van laserafstandssensoren als positiesensoren.

Deze sensoren kunnen extreem nauwkeurig zijn op duidelijke afstand, waardoor ze voor veel verschillende soorten controle kunnen worden gebruikt. Er moet echter worden opgemerkt dat bepaalde veiligheidsfuncties in het systeem moeten worden geprogrammeerd om ervoor te zorgen dat laserstoringen veilig worden verholpen.

Traditionele T-cart-controlemethoden

Om T-cart-besturing te begrijpen, is het belangrijk om te begrijpen waar een T-cart-operatie precies uit bestaat. Een T-cart is een elektronisch gestuurde kar, vaak op metalen rails, die pallets sorteert en verplaatst in een geautomatiseerde palletiseeroperatie. Deze karren verplaatsen pallets in een magazijnomgeving. Ze brengen de pallets gewoonlijk van een set laadbanden naar de volgende stap in het palletiseerproces, vaak een krimpstation.

Figuur 1. Een railgeleide kar. Afbeelding gebruikt met dank aan Muratec

T-carts gebruiken een programmeerbare logische controller (PLC) of robot om bewegingen te besturen en fungeren als het "brein" achter de operaties van de kar. Een PLC kan verschillende inputs gebruiken om te interpreteren waar en wanneer de verschillende geladen of geloste pallets moeten worden meegenomen. De PLC heeft feedback van de T-car zelf nodig om zijn locatie in zijn vele verschillende padcombinaties te begrijpen.

Eindschakelaars

Er is een groot aantal verschillende manieren om locatiegegevens van een T-cart aan de PLC of het robotsysteem te leveren dat deze bestuurt. Een verouderde maar veel voorkomende praktijk is om eindschakelaars te gebruiken om de locatie van de kar door te geven. Hoewel eindschakelaars vrij goed werken bij het doorgeven van de juiste informatie aan de besturingseenheid, hebben ze bepaalde valkuilen die gemakkelijker te beheren zijn met moderne sensortechnologie. Eindschakelaars vereisen ook een uitgebreidere programmering dan andere sensortypes, omdat ze op elk moment minder informatie doorgeven.

Figuur 2. Eaton's NEMA industriële eindschakelaar. Afbeelding gebruikt met dank aan Eaton

Hoewel eindschakelaars werken voor een T-cart-systeem, hebben ze zwakke punten die andere, modernere sensoren niet hebben. Om te beginnen zijn ze een elektrische/mechanische eenheid. Verschillende factoren kunnen hun prestaties beïnvloeden, omdat ze afhankelijk zijn van zowel elektrische als mechanische input om goed te functioneren. Voor alle praktische doeleinden kunnen alle elektrische problemen die zich in een eindschakelaar voordoen, zich ook voordoen in een andere elektrische sensoreenheid, dus ze zullen in dit geval niet in aanmerking worden genomen.

Omdat limietschakelaars fysieke interactie met hun omgeving met zich meebrengen voor een goede werking, kunnen ze gemakkelijker worden beïnvloed dan sensoren die uitsluitend vertrouwen op elektrische detectie. Fysieke slijtage kan een bepalende factor zijn in hun prestaties. Na verloop van tijd kan de schakelaar slijten en langzaam beginnen te veranderen hoe hij werkt, wat problemen in de cel veroorzaakt. Omdat de veranderingen subtiel zijn, kunnen ze onopgemerkt blijven totdat er een catastrofale storing optreedt. Ten slotte kunnen ze ook negatief worden beïnvloed wanneer een externe kracht hen beweegt of uit hun juiste positie duwt.

Met laserafstandssensoren

Hoewel veel soorten sensoren kunnen werken voor een T-cart-systeem, zal dit artikel zich richten op laserafstandssensoren. Een laserafstandssensor gebruikt een laser om de afstand te bepalen tussen de sensor en het object waarmee de uitgezonden laser in wisselwerking staat.

De laser wordt door de sensor naar een object gestuurd, wordt vervolgens door het object gereflecteerd en de sensor ontvangt het gereflecteerde licht. Het gebruikt de tijd vanaf het moment dat de straal werd verzonden totdat deze weer werd ontvangen om te vertellen hoe ver het object in kwestie is, een zogenaamde time-of-flight-sensor.

Laserafstandssensoren kunnen een analoog of digitaal signaal terugsturen naar de besturingseenheid. Dit signaal kan vervolgens worden gebruikt als een continue invoer voor de besturingslogica bij het nemen van beslissingen over de beweging van de T-cart. De laser kan dan een reeks waarden doorgeven op basis van de positie van de T-car tijdens zijn reistijd. De PLC-logica kan vervolgens de onbewerkte gegevens nemen en beslissingen nemen op basis van de huidige locatie van de wagen en waar deze vervolgens naartoe moet.

Figuur 3. Vluchttijd. Video gebruikt met dank aan Pepperl+Fuchs

Technisch gezien kan een T-car worden bestuurd met een enkele laserafstandssensor die parallel aan de sporen schiet. De sensor kan op een stationaire standaard worden geplaatst die naar de kar zelf kijkt of op de kar worden gemonteerd en langs het pad bewegen terwijl de kar naar een stilstaand object kijkt.

Montagekeuzes moeten de gemakkelijkst mogelijke bedradingsroute weerspiegelen. Een enkele sensor kan voldoende informatie doorgeven om de wagen te besturen, met een reeks cijfers; bijvoorbeeld 0-10000 mm op een spoor van 10 m. Hoewel deze opstelling technisch werkt, laat het de mogelijkheid open voor onopgemerkte storingen in het systeem. Als er iets in het pad van de laser valt, zal het plotseling een veel kleiner getal lezen, en de PLC kan denken dat het zich in een andere positie bevindt dan het werkelijk is.

Correct gebruik van laserafstandssensoren voor gebruik van T-cart

Het juiste gebruik van lasersensoren in het eerder beschreven scenario is het gebruik van twee sensoren, ofwel in tegengestelde richting op de T-cart gericht of vanaf tegenovergestelde uiteinden van de baan als ze van het lichaam van de T-cart worden gemonteerd. Deze opstelling biedt redundantie aan het systeem en de PLC ontvangt voldoende informatie om veel verschillende fouten in het systeem te detecteren.

Figuur 4. Een laserafstandssensor. Afbeelding gebruikt met dank aan Baumer

Bij twee lasers krijgt de PLC of besturingseenheid twee aparte datafeeds. Deze datafeeds zouden in theorie binnen een bepaald bereik van elkaar moeten liggen. Als de ontvangen gegevens buiten het opgegeven bereik vallen, herkent de PLC dat er iets in de cel is gebeurd. Ofwel is er iets in het pad van de T-cart gevallen, of de laser geeft foutieve informatie.

Een systeem met twee lasers heeft ook het extra voordeel dat het sporadische gegevens van de sensoren kan controleren. Als een sensor op zijn locatie "springt", maar de andere niet, kan de PLC worden geprogrammeerd om een ​​alarm naar het systeem te sturen.

Lasers kunnen ook helpen bij het besturen van meerdere T-cars op dezelfde baan. Als elke kar twee lasers heeft, zijn hun afstanden bekend en worden deze gebruikt voor besturing van meerdere karren. Dezelfde foutprocessen zijn van toepassing op dit systeem, vergelijkbaar met een enkel T-cart-systeem.

Laserafstandssensoren zijn een gemakkelijke manier om oude T-cart-systemen die traditioneel met eindschakelaars werken, achteraf aan te passen. Ze kunnen eenvoudig op de kar of in de buurt van het spoor worden gemonteerd om essentiële informatie aan de PLC te verstrekken. Nieuwe robot- en geautomatiseerde cellen kunnen er ook van profiteren als een eenvoudigere manier om de regeleenheid te detecteren. Gebruik twee sensoren om redundantie te creëren en fouten te stoppen in het geval van fouten of gevallen producten in de banen.