Flexible und präzise Regelung von Polygonscannern

Von Polygonen
und Umrichtern

Wenn mehrere Polygonscanner in Sortiermaschinen zum Einsatz kommen, so müssen sie untereinander synchronisiert werden. In den Geräten der Firma Kugler arbeiten dafür moderne Frequenzumrichter im Zusammenspiel mit Encodern. Bei Systemen mit einzelnen Polygonscannern sind Drehgeber nicht nötig: Sofern der Frequenzumrichter für eine geberlose Regelung sorgt. Die flexible Gestaltung solcher Systeme ist nicht nur für den Maschinenbauer, sondern auch für den Endkunden von Vorteil.

Polygonscanner werden in vielen verschiedenen Bereichen und Produkten eingesetzt, von Barcode-Scannern bis hin zu Augenlasern. Bild: Kugler GmbH

Im Jahr 1983 baute Lothar Kugler in Salem am Bodensee erstmals ein Interferometer zur berührungslos optischen Ebenheitsmessung. Auf Grundlage dieser Erfindung hat sich das Unternehmen Kugler entwickelt, die heute einerseits auf Präzisionsmaschinen und andererseits auf die Hochleistungslaseroptik spezialisiert ist. Zum zweiten Bereich gehören etwa Spiegeloptiken und optische Systemkomponenten für die Laserindustrie. „Einige unserer Produkte bewegen sich im Zwischenbereich“, sagt Dr. Michael Lehndorff, Forschung und Entwicklung bei Kugler. „Dazu gehören die Polygonscanner.“

Lebensmittel sortieren

Polygonscanner basieren auf speziellen Optiken, die unter den Namen Spiegelräder oder auch Polygonspiegel bekannt sind. Mit ihrer Hilfe lassen sich unter anderem Laserstrahlen ablenken. Polygone können auf rotative Motoren montiert werden, so dass die Optik flexibel ist. Der Abstrahlwinkel ist von der Position der einzelnen Facetten abhängig und lässt sich durch die Rotation variieren. „Polygonscanner werden in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt, von Barcode-Scannern bis hin zu Augenlasern“, erläutert Lehndorff. „Relativ neu ist, dass wir auch Hersteller von Sortiermaschinen beliefern.“ Die Maschinen dieser Kunden sortieren vor allem Lebensmittel, z.B. Süßigkeiten. Dabei fällt das zu sortierende Stückgut auf einer Breite von typischerweise einem Meter wie ein Vorhang herab. Mithilfe des Polygonscanners kann der Laser die Teile optisch erfassen und zuordnen. Im nächsten Schritt wird das Stückgut dann in den richtigen Kanal geblasen und der weiteren Verarbeitung zugeführt.

Komplettpaket samt Synchronisierung

Die neue Klientel bedeutete für den Hersteller auch ein Umdenken bezüglich der Steuerung der Polygonscanner. Denn bislang wurden hauptsächlich Kunden mit einzelnen Scannern beliefert. In Sortiermaschinen werden jedoch mehrere Scanner benötigt, die untereinander synchronisiert werden müssen. „Die Kunden wünschten sich ein Komplettpaket inklusive Steuerung“, fährt Lehndorff fort. Der Lieferant, mit dem Kugler bislang im Bereich der Steuerungen zusammengearbeitet hatte, konnte leider kein passendes Gerät liefern. „So kamen wir auf Sieb & Meyer“, erinnert sich der Entwickler. „Wir beziehen dort schon seit Jahren Frequenzumrichter für unsere werkseigenen Maschinen.“ So stellte sich in der Folge das Modell SD2B als passender Umrichter heraus, der in der Plus-Variante mit zusätzlichen Funktionen erhältlich ist. Eine davon, die sensorbehaftete Regelung auf Basis von TTL-Gebern, war in diesem Fall von großem Vorteil, denn sie erlaubt die Synchronisation mehrerer Scanner. „Jeder Scanner hat einen Encoder, der vom SD2B plus ausgelesen wird“, erklärt Lehndorff. „So lassen sich die Drehzahlen und die Stellung der Facetten zueinander präzise bestimmen und regeln.“ Weitere Pluspunkte des Umrichters finden sich in den bereits integrierten Funktionen wie Bremswiderstand und interne Logikspannungsversorgung. Nicht zuletzt ist der SD2B plus sehr kompakt und nimmt wenig Platz in Anspruch – für viele Endkunden ein nicht zu unterschätzender Mehrwert.

Geberlos und trotzdem präzise

Begeistert war man bei Kugler auch von der Tatsache, dass bei Applikationen mit einem einzelnen Scanner der Drehgeber am Motor entfallen kann, da der Umrichter auch eine geberlose Regelung ermöglicht. „Wenn die Scanner besonders ruhig laufen sollen, mussten wir bislang immer einen Encoder einbauen“, so Lehndorff. „Jetzt ist das nicht mehr nötig und trotzdem kommen wir auf eine Signalstabilität im Bereich von wenigen Nanosekunden.“ Diese Präzision wird möglich, wenn der Umrichter das Synchronisationssignal von einem sogenannten Facettendetektor erhält: Dabei trifft ein zusätzlicher Laserstrahl außerhalb des Nutzbereiches auf das Polygon. Immer wenn eine Facette passiert, wird das Lasersignal auf den Detektor reflektiert und löst einen Trigger-Impuls aus. Dieses Prinzip, das sehr erfolgreich bei einem Kunden von Kugler angewandt wird, ermöglicht einen wesentlich genaueren Betrieb als mit einem Encoder.

Zugeschnittene Lösungen

Die Polygonscanner werden meist individuell an die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten – das gilt auch und gerade für die Kunden, die nur einen Scanner benötigen. Das bedeutet wiederum, dass sich auch der Frequenzumrichter flexibel an veränderte elektrische Bedingungen anpassen lassen muss. „Früher mussten wir hier tatsächlich noch Hand anlegen und Widerstände und Kondensatoren auf der Platine umlöten“, erzählt Lehndorff. „Heute kann man das mit Hilfe der Software drivemaster2 von Sieb & Meyer schnell und einfach digital lösen.“ Mittlerweile hat Kugler komplett auf die Frequenzumrichter dieses Herstellers umgesattelt – auch bestehende Kunden erhalten nur noch Polygonscanner, die mit dem SD2B plus ausgestattet sind.

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