Der boomende Online-Handel lässt die Logistikzentren immer größer werden. Um die riesigen Paketmengen zu bewältigen, wird eine möglichst hochgradige Automatisierung benötigt. Die entscheidende Prozessgröße am Anfang ist die Bandbelegung auf dem Eingangsförderband. Anhand dieses Werts lässt sich die Verteilung an die nachfolgenden Stationen gleichmäßig gestalten und eine effiziente Nutzung der Kapazitäten erreichen.
An dieser Stelle ist keine genaue Vermessung der Pakete gefordert, die beispielsweise eine optimale Beladung der Transportfahrzeuge ermöglichen würde. Es genügt der Überblick über die Gesamtmenge. Diese nur scheinbar einfache Aufgabe stellt die hier eingesetzt optische Sensorik vor einige Herausforderungen: Die Pakete kommen bei der Anlieferung ungeordnet auf das Band; bei den Abmessungen und der Verpackungsart ist die Vielfalt fast unendlich. Herkömmliche Geräte können den unvermeidlichen Schattenwurf nicht zuverlässig von der Paketkontur unterscheiden, zumal die Schatteneffekten wegen der chaotischen Anordnung der Pakete sehr komplex sein können.
Das Schattenproblem
Ohne zusätzliche Maßnahmen melden die Sensoren wegen des Schattenwurfs eine größere Belegung der Bandfläche, als sie der Wirklichkeit entspricht. Daher werden häufig mehrere Sensoren montiert, die von verschiedenen Seiten auf das Band gerichtet sind. Aus der Fusion der Sensordaten kann dann die reelle Größe errechnet werden. Dafür braucht man mindestens zwei Geräte und folglich einen beträchtlichen Aufwand bei Installation, Konfiguration und Inbetriebnahme. Diesen Aufwand wollte ein großer US-amerikanischer Versandhändler bei der Einrichtung eines neuen Logistikzentrums senken und suchte nach einer einfacheren Lösung für Dutzende von Eingangsförderbändern, die dort installiert werden sollten. Der beauftragte Maschinenbauer wandte sich mit dieser Aufgabe an Pepperl+Fuchs. Der Mannheimer Automatisierungsspezialist hat mit Smart Systems schon vor Jahren ein eigenes Team geschaffen, um auf solche Anforderungen aus dem Markt schnell und effizient reagieren zu können. Die Kunden suchen immer häufiger nicht das konkrete Produkt, sondern ein möglichst schlüsselfertiges System für ihre spezifische Anwendung. Wenn das Team eine solche Aufgabe bekommt, kann es unmittelbar das technische Know-how nutzen, das Pepperl+Fuchs in den Bereichen Sensor- und Automatisierungstechnik in Jahrzehnten aufgebaut hat. Nur ein paar Schreibtische entfernt sitzen die Experten für die verschiedenen Messprinzipien und Sensortypen, mit denen die allermeisten Aufgaben gelöst werden können. Smart Systems kann so die optimale Sensorik auswählen. Als nächste Schritte stehen die Entwicklung der maßgeschneiderten Software und beispielsweise die Anbindung an das ERP-System des Kunden auf dem Programm. Neben den Sensorikspezialisten stehen dem Team weitere Experten im Unternehmen und seinen Tochtergesellschaften sowie bewährte externe Partner zur Seite.
Einfachheit mit Skaleneffekt
Für das große Logistikzentrum gab es eine klare Vorgabe: Die Bandauslastung sollte jeweils mit nur einem Sensor erfasst werden. Das Smart-Systems-Team identifizierte in Absprache mit den Experten für optische Sensorik den bewährte Laserscanner R2000 als das optimale Gerät für diese Anforderung. Zur Lösung des Schattenproblems wurde eine Auswerteeinheit entwickelt: die Multi Scan Evaluation Unit (MSEU). Sie kompensiert die Verzerrung durch Schattenwurf mathematisch. Ihre Software stützt sich auf applikationsspezifische Algorithmen, mit denen sie Paketkonturen vom Schatteneffekt unterscheiden kann. Der Sensor kann bis zu 4m über dem Förderband montiert werden, die maximale Breite seines Erfassungsbereichs beträgt ebenfalls 4m. Er verfügt über eine sehr hohe Winkelauflösung von 0,042° sowie über eine Scanrate von bis zu 50Hz. Damit ist die präzise Detektion selbst bei sehr hohem Durchsatz gewährleistet. Das Prinzip der größtmöglichen Vereinfachung erstreckt sich auch auf die Inbetriebnahme in nur drei Schritten: die Installation mit den bereits angepassten Verbindungskabeln, die Konfiguration mit einer intuitiven Windows-Anwendung sowie ein Zero Scan zum Einlernen der Förderbandkontur. Diese Arbeit muss bei identischem Aufbau nur einmal durchgeführt werden. Nach der Einstellung des ersten Sensors können die Werte auf die Nachbarsysteme übertragen werden.
Das Contour2D-System detektiert nicht nur den belegten Anteil des Förderbands, sondern erfasst auch die mittlere und die maximale Höhe der Pakete. Es errechnet ein Höhenprofil, während es alles ausblendet, was sich außerhalb des Erfassungsbereichs befindet. Die Daten werden von der Auswerteeinheit per TCP/IP weitergeleitet. Die Windows-Oberfläche zeigt die Ergebnisse an und visualisiert den Scan.
System wird Produkt
Dieses Smart System einschließlich der dazugehörigen flexiblen Softwareplattform wurde von Pepperl+Fuchs für die genannte Anwendung in einem konkreten Logistikzentrum entwickelt. Dort ist es inzwischen schon eine Weile in Betrieb. Nach diesem bestandenen Praxistest wird es dem Markt nun als ‚Standardprodukt‘ angeboten. Anwendungsspezifische Anpassungen der Software können ohne Lizenz-Einschränkungen implementiert werden. Bei Modifikationen an der Anlage lassen sich die Messparameter jederzeit anpassen. Da sich der Sensor mittig über dem Förderband befinden soll, ist die Montage auch bei bestehenden Anlagen leicht durchzuführen. Bei solchen Projekten fungiert das Smart-Systems-Team gegenüber dem Kunden als Ansprechpartner, der alle nötigen Arbeiten koordiniert.
