Drei Anwendungen zeigen, wie vielfältig Ultraschall-Sensoren eingesetzt werden können

  • Der Ernteroboter fährt durch die Beetreihen und wählt nach Form und Reifegrad die zu pflückenden Erdbeeren aus. Bild: Agrobot S.L.Clarification Der Ernteroboter fährt durch die Beetreihen und wählt nach Form und Reifegrad die zu pflückenden Erdbeeren aus. Bild: Agrobot S.L.Clarification
  • Der Ernteroboter fährt durch die Beetreihen und wählt nach Form und Reifegrad die zu pflückenden Erdbeeren aus. Bild: Agrobot S.L.Clarification
  •  Bild: Agrobot S.L.Clarification   P+f_1b_mda6-718: Das Förderband transportiert die automatisch geernteten Früchte vom Roboterarm, zum Verpackungsbereich, wo sie von einem Erntemitarbeiter in handelsübliche Schalen sortiert werden. P+F_2_mda6-718:  Ultra
  • Je ein Ultraschallsensor ist an den Ausfahrten der Sektoren montiert. Erst wenn das Boot durchgefahren ist, wird der Sektor freigegeben.
  • Über jeder Tinteneinheit wird ein Ultraschallsensor des Typ UB120-F12P-EP-V15 angebracht, der die Füllhöhe millimetergenau verlässlich erfasst.

1. Automatische Erdbeerernte

Sensoren unterstützen beim Navigieren des Ernteroboters und steuern die Greifarme zum Ernten der Erdbeeren
Wegen ihres süßen Geschmacks zählen Erdbeeren zu den beliebtesten Früchten weltweit. Jährlich werden etwa fünf Millionen Tonnen geerntet, Tendenz steigend. Mit dem automatischen Ernteroboter Agrobot  kann ein einzelner Mitarbeiter bequem im Sitzen die Beeren eines ganzen Feldes ernten, um diese anschließend in den Verpackungsbereich zu befördern.
Doch die kleine rote Frucht ist in vielerlei Hinsicht sehr empfindlich, denn im Gegensatz zu Äpfeln und Bananen gibt es bei Erdbeeren kein Nachreifen. Sie können daher nur geerntet werden, wenn sie bereits rot und weich sind. In diesem Zustand reicht bereits ein wenig Druck und die Beere verdirbt schnell. Das macht sie unverkäuflich, bevor sie überhaupt die Supermarktregale erreicht.
Bis vor kurzem schien es unmöglich, das Pflücken von Erdbeeren zu automatisieren,  die Beeren wurden aufwendig von Hand gepflückt. Bis Agrobot, ein Hersteller innovativer Roboter im Bereich Landwirtschaft mit Hauptsitz im andalusischen Huelva, eine Idee hatte. Der Süden Spaniens ist für großangelegten Erdbeeranbau bekannt – die Ingenieure von Agrobot hatten daher stets das Problem der aufwendigen Ernte vor Augen. Ihre Lösung: der Agrobot SW 6010.

Bedienung mit einer Hand

Um die Beeren vor Schäden durch Druck und Herunterfallen zu schützen, werden sie durch zwei rasiermesserscharfe Klingen am Stiel abgetrennt und sofort in einem kleinen, mit Gummirollen gepolsterten Korb aufgefangen. Die Beeren gelangen über das Körbchen auf ein Förderband, das sie in den Verpackungsbereich nach oben befördert. „Die Erntearbeiter können über die beiden ergonomisch ausgelegten Arbeitsstationen die Beeren direkt in die Schalen sortieren – das ist die einzige Arbeit, die noch von Hand erledigt werden muss“, erklärt Juan Bravo, Geschäftsführer bei Agrobot.
Die Maschine bietet Platz für zwei Erntearbeiter, wobei sie auch von nur einer Person bedient werden kann, da außer dem Selektieren und Abpacken der Früchte alles automatisch abläuft. Sensortechnologie von Pepperl+Fuchs steuert die Roboterarme, die mit den Schneidewerkzeugen am Körbchen die Erdbeeren ernten.

Ein Kamerasystem analysiert vorher jede einzelne Beere und überprüft Form und Farbe. Entdeckt es eine reife Beere, leitet es die präzisen Schnittbewegungen ein.

Sensorik in allen Arbeitsabläufen

Die Bewegungen der Roboterarme und der Maschine selbst werden über Sensoren von Pepperl+Fuchs gesteuert. Jeder Greifarm ist mit einem induktiven Sensor an beiden Endschaltpunkten des Bewegungsbereichs ausgestattet. Ein Ultraschallsensor verhindert zudem, dass der Roboterarm den Boden berührt. „Zuvor wurden mechanische Endschalter getestet, welche aufgrund der vielen Schaltspiele und des damit verbundenen  hohen Verschleißes aber nicht geeignet waren“, erklärt Geschäftsführer Juan Bravo. „Die ideale Lösung waren berührungslose induktive Sensoren, da hierbei kein mechanischer Verschleiß entsteht.“ Zudem ist das Kollisionsschutz-System Schmutz, Staub, Temperaturschwankungen sowie Schocks und Vibrationen ausgesetzt. Die Roboterarme dürfen dabei den Boden nicht berühren, um Beschädigungen zu verhindern. „Zuverlässige Ultraschalltechnologie hat sich hier als praktikable Lösung erwiesen – genauer gesagt der robuste Ultraschallsensor der Serie UB400-12GM“, erklärt José Antonio Amil, Vertriebsingenieur bei Pepperl+Fuchs in Spanien.

Ultraschallsensoren halten Erntefahrzeug in der Spur

Weitere Ultraschallsensoren sind den gleichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, während sie die Erntemaschine automatisch im Feld steuern. An jeder Radaufhängung ist ein Ultraschallsensor montiert, der den Abstand zwischen den Rädern und dem Erdbeerfeld kontinuierlich überwacht und das Fahrzeug in der Spur hält, damit die Früchte nicht beschädigt werden. Signale, die von den Sensoren an das automatische Steuerungssystem gesendet werden, korrigieren die Position der Radlenkung und sorgen für eine parallele Fahrt durch die Reihen der Beete. Ein induktives Positionsmesssystem der Serie PMI360DV-F130 erkennt den Lenkeinschlag der Räder und regelt diesen kontinuierlich und präzise. Damit werden perfekte Wendemanöver am Ende der Beetreihe ermöglicht – ob auf ebenem oder sehr holprigem Untergrund.

Sehen Sie, wie sich der Agrobot SW 6010 durch die Reihen eines Erdbeerfelds arbeitet:

2. Sicherheit und Betriebseffizienz für Wildwasserbahnen: Ultraschalltechnologie sorgt für Sicherheitsabstand zwischen den Booten

Wildwasserbahnen in Vergnügungsparks sind in mehrere Sektoren unterteilt. Aus Sicherheitsgründen darf sich in jedem Sektor nur ein Boot befinden. Eine vollautomatische Steuerung sorgt dafür, dass die Boote nur in leere Sektoren einfahren können. Außerdem soll sie aber die Bahn auch möglichst schnell für das nachfolgende Boot freimachen. Bei schienengestützten Bahnen werden meist induktive Sensoren eingesetzt. In einer Wildwasserbahn benötigen die Boote jedoch etlichen Spielraum zum Schwimmen innerhalb der Bahn. Hier hat sich die Ultraschalltechnologie zur Überbrückung des Abstandes als ideales Messprinzip bewährt.

Mit Ultraschall Kollisionen vermeiden

Die Sicherheit der Passagiere hat höchste Priorität, eine Kollision von Booten muss ausgeschlossen werden. Zugleich soll aber auch ein möglichst reibungsloser Betrieb gewährleistet sein, um die Wartezeiten für die Besucher des Parks auf ein unvermeidliches Minimum zu beschränken. 
Je ein Ultraschallsensor ist an der Ausfahrt der Sektoren montiert. Ist das Boot durchgefahren, wird dieser Sektor freigeschaltet. Der folgende Sektor wird als besetzt  gemeldet und seine Einfahrt für nachkommende Boote gesperrt. Das Gerät erkennt die Boote unabhängig von deren Form, Farbe und Besetzung. Da Ultraschallsensoren berührungslos detektieren, entsteht dabei kein Verschleiß – weder am Boot noch am Sensor.
Für die Erfassung der Boote wird in jedem Sektor ein Ultraschallsensor UC6000-30GM70S-2E2R2-V15 eingesetzt. Dieser Sensortyp trotzt auch rauen Umgebungsbedingungen und liefert durchgehend zuverlässige Signale. Das Schaltfenster des Sensors wird intuitiv über zwei Potentiometer direkt am Gerät individuell auf die Anwendung eingestellt. Die Reichweite des Ultraschallsensors beträgt bis zu 6 m.

3. Tintenfüllstand im Banknotendruck: Präzise Messung sichert zuverlässiges Nachfüllen

Der Druck von Banknoten unterliegt strenger Geheimhaltung. Dazu gehört auch die spezielle Zusammensetzung der jeweiligen Farbmischungen. Die verschiedenen Tintenfarben werden in sehr kompakte Tanks gefüllt, die in der Druckmaschine nahe beieinander liegen. Die Farbe aus diesen Behältern wird im Druckvorgang auf Walzen aufgetragen, welche im Anschluss die großen Papierbögen bedrucken. Damit die Druckwalze nicht trocken läuft, muss immer genügend Tinte in den Behältern sein. Sinkt deren Flüssigkeitspegel auf den Mindestfüllstand, müssen die Behälter wieder entsprechend gefüllt werden.
Der Anlage muss daher rechtzeitig signalisiert werden, in welchem Behälter Farbe nachzufüllen ist. Dieser Vorgang wird über Füllstandsensoren gesteuert. Die Fläche, die dem Sensor für die Messung des Füllstands zur Verfügung steht, ist nur wenig größer als eine Briefmarke. Zudem beträgt die Füllhöhe der Tinte im Behälter nur etwa zehn Millimeter. Der Sensor muss das Fülllevel besonders exakt bestimmen und dabei unterschiedliche Tintenfarben sowie glänzende Oberflächen sicher detektieren.

Millimetergenaue Füllstandsmessung

Über jeder Tinteneinheit wird ein Ultraschallsensor des Typ UB120-F12P-EP-V15 angebracht, der die Füllhöhe verlässlich erfasst. Die Sensoren können den Tintenstand auf den Millimeter genau bestimmen. Durch diese hohe Auflösung kann der Mindestfüllstand präzise eingestellt werden. Mit dem integrierten Potentiometer ist das schnell und einfach möglich. Sinkt der Tintenstand auf die festgelegte Mindestfüllhöhe, sorgt der Sensor dafür, dass der Nachfüllvorgang ausgelöst wird. Damit ist sichergestellt, dass jederzeit genügend Tinte für die Druckwalze vorhanden ist. Um eine gegenseitige Beeinflussung der Sensoren aufgrund der engen Montagesituation zu vermeiden, können die Sensoren im automatischen Multiplex-Betrieb verwendet werden – sie führen dann automatisch abwechselnd Messungen durch. Es ist zu jedem Zeitpunkt nur ein Sensor aktiv und somit eine sichere Messung sichergestellt.

Schmale Schallkeule für kleine Öffnungen

Die Ultraschallsensoren detektieren den Tintenfüllstand berührungslos und unabhängig von ihrer Farbe und anderen optischen Eigenschaften. Auch die reflektierende Oberfläche der Flüssigkeit erfassen sie zuverlässig. Zudem verfügen sie über eine schmale Schallkeule und benötigen daher nur einen sehr kleinen Messbereich. Auch durch ihre kompakte Baugröße lassen sich die Sensoren leicht in die Tintenbehälter der Druckmaschine integrieren. Die Möglichkeit der Synchronisation garantiert selbst bei sehr nahe beieinander liegenden Tanks eine zuverlässige Messung. Diese Funktionalität wird bereits von den Sensoren selbst zur Verfügung gestellt. Der Anwender muss die Sensoren lediglich an einem Pin miteinander verbinden. Alles Weitere übernehmen die Sensoren autonom.

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Pepperl+Fuchs GmbH
Lilienthalstrasse 200
68307 Mannheim
Germany
Telefon: +49 621 776 0
Telefax: +49 621 776 1111

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