Tres estados en lugar de una simple comprobación de sí o no
En una línea de embotellado antigua, se transportan cajas de bebidas con doce botellas fuente estándar cada una. Cinco sensores ópticos existentes serán reemplazados como parte de una modernización. Su tarea original era comprobar que las botellas tenían una tapa existente antes de su transporte. El cambio de tapas de aluminio a tapas de plástico en diferentes colores está llevando cada vez más a cambios incorrectos. Por tanto, la nueva solución de sensores no solo debería funcionar independientemente del color de la tapa. También debería proporcionar más información sobre el estado de la botella.
En un montaje de prueba, se comprobó si tres estados podían distinguirse claramente entre sí con un sensor ultrasónico:
| Estado de la botella | Respuesta de salida de conmutación | Importancia para el sistema de control |
|---|---|---|
| Tapa disponible | Conmuta ambas salidas | La botella está presente y cerrada |
| Sin tapa, botella llena hasta el tope | Conmutadores de una sola salida | Hay botella disponible, falta la tapa |
| Sin tapa, botella no llena del todo | Sin interruptores de salida | La botella no está bien cerrada ni llena |
Una inspección pura de tapa se transforma así en una prueba compacta de tres condiciones. El sistema de control no solo puede detectar una tapa faltante, sino también distinguir entre una botella abierta que está llena hasta el tope y una abierta que no está completamente llena.
Solo 1,5 mm separa la tapa del cuello de botella
La distancia entre el sensor y la parte superior de la botella es de unos 80 a 100 mm. Al mismo tiempo, la diferencia de altura entre una botella cerrada y la boca abierta es solo de unos 1,5 mm. El sensor debe detectar de forma fiable esta pequeña diferencia, aunque diferentes colores y materiales de la tapa pasen por el sistema. Esto es un reto para un botón óptico. Dependiendo del color, material y acabado superficial, la proporción de luz que regresa cambia. Cambiar de tapas metálicas a de plástico de diferentes colores puede influir en el comportamiento de conmutación. Además, está la boca de botella de vidrio abierta, que no debe reconocerse accidentalmente como una tapa si falta la tapa.
El ultrasonidos hace que la inspección sea independiente del color del párpado
El sensor ultrasónico de distancia U1KT001 se utilizó para el experimento. El sensor emite ondas ultrasónicas y evalúa el sonido reflejado por el objeto. Esto significa que la detección no depende del color de la tapa.
En la prueba, se registraron tanto tapas de aluminio como tapas de plástico de diferentes colores. El factor decisivo es la distancia respectiva al objetivo reflectante: la tapa, la superficie de una botella abierta llena hasta el borde y una superficie líquida más profunda crean diferentes situaciones de distancia. El primer vídeo muestra la inspección de diferentes posiciones de botellas dentro de la caja de bebidas. El sensor distingue entre una botella con tapa y una botella abierta.
El rango de trabajo del U1KT001 está entre 30 y 400 mm en modo táctil. Con una resolución de 0,5 mm, el sensor puede detectar cambios sutiles en la distancia. Sin embargo, si se puede derivar un estado de conmutación estable de esto también depende de la parametrización, la posición de la botella y las tolerancias del sistema.
Dos salidas de conmutación mapean directamente la lógica de prueba
El U1KT001 tiene dos salidas conmutadas ajustables de forma independiente. Esto permite definir dos rangos de distancia sin que el sistema de control tenga que evaluar continuamente un valor analógico medido. Con una botella cerrada, ambas salidas reaccionan. Si falta la tapa, la superficie reflectante está más alejada del sensor. Con una botella abierta llena hasta el borde, solo una de las dos salidas cambia. Si la superficie del líquido es aún más baja, esta salida también permanece inactiva. No importa qué conexión se denomine «primera» o «segunda» salida. Lo que cuenta para el PLC es la combinación única de las dos señales. Puede traducirse directamente en tres decisiones de prueba.
Ambas salidas: tapa disponible
Un enchufe: botella abierta y replesante
Sin salida: botella abierta, no completamente llena
En el segundo vídeo, se comprueban los tres estados uno tras otro. Se puede ver una botella cerrada, una abierta hasta el tope y una botella abierta que solo está parcialmente llena. Los indicadores de estado de conmutación del sensor hacen visible la combinación de salida correspondiente.
La boca de la botella no debe producir una señal falsa
En el caso de una botella de vidrio abierta, parte del haz sónico puede impactar en el borde de la boca. En la prueba, esto no provocó una señal falsa corta. La boca de la botella de vidrio no se interpretó como una tapa existente. Al mismo tiempo, se podía detectar la superficie transparente del agua de una botella abierta llena hasta el borde. Esta combinación en particular es crucial para la aplicación: el sensor debe detectar una tapa de plástico o aluminio, pero no reaccionar al borde del vaso si falta la tapa. Si la botella abierta está llena hasta el borde, la superficie líquida sirve como objetivo reflectante para el segundo estado de prueba.
La parametrización decide la pequeña diferencia de altura
Con una diferencia de solo 1,5 mm, los puntos de conmutación deben estar estrechamente adaptados a la aplicación. El U1KT001 puede parametrizarse mediante IO-Link. Entre otras cosas, se pueden ajustar el filtro, el lóbulo del sonido, el modo de funcionamiento y el modo de enseñanza.
En la prueba, el haz sónico se adaptó a la boca de la botella y la histéresis de conmutación se redujo tanto como fuera necesario para la aplicación. De este modo, incluso diferencias muy pequeñas de altura podían detectarse. Sin embargo, los ajustes no deben transferirse sin cambios a cada línea de llenado. Las alturas fluctuantes de las botellas, la posición dentro de la caja, los movimientos de transmisión y la distancia al sensor influyen en la ventana de proceso disponible.
Para la puesta en marcha, por lo tanto, es recomendable enseñar en todas las condiciones relevantes utilizando las botellas, tapas y niveles de llenado que se hayan utilizado y luego revisarlos en varias cajas.
Solución compacta para la adaptación
El diseño en miniatura del sensor facilita su sustitución en el sistema existente. El U1KT001 mide 32 × 16 × 12 mm y está conectado mediante un conector M8. Con protección IP68, la carcasa también es adecuada para condiciones ambientales exigentes. La combinación de diseño compacto y dos salidas conmutadas es especialmente relevante para la adaptación. Permite una lógica de prueba extendida sin necesidad de instalar un sensor separado para cada condición. Al mismo tiempo, la detección sigue siendo independiente de si pasan por el sistema tapas de aluminio o de plástico de diferentes colores.
La comprobación de tapa se convierte en una comprobación de estado
El uso de ultrasonidos resuelve dos problemas al mismo tiempo en esta aplicación: los diferentes colores del párpado no afectan a la detección, y dos puntos de conmutación separados permiten un control más diferenciado. Esto permite al sistema determinar si una botella está cerrada, abierta y llena hasta el tope, o abierta y no completamente llena.
La prueba muestra que incluso la pequeña diferencia de altura de alrededor de 1,5 mm puede utilizarse para la prueba. Los requisitos para esto son una posición adecuada para la instalación, un haz sonoro adaptado a la boca de la botella y una parametrización cuidadosa con las botellas y tapas reales.
