Nauwkeurige lengtemeting via IO-Link

IO-Link is een standaard die steeds vaker wordt ingezet voor de communicatie van digitale meetwaarden in een PLC-omgeving. Bij Unilin slaagde men er dankzij een fotocel met IO-Link in om een bestaande lijn voor de productie van kunststof vloeren uit te breiden met een nauwkeurige lengtemeting. Deze inline kwaliteitscontrole heeft de productiviteit van de lijn aanzienlijk verbeterd.

Unilin is als bedrijf allicht het best gekend om zijn laminaatparket dat onder de merknaam Quick-Step op de markt gebracht wordt. De kunststof vloeren zijn een alternatief voor dit product. LVT, wat staat voor Luxury Vinyl Tile, is aan een flinke opmars bezig. De tegels zijn licht, kunnen eenvoudig met een breekmes op maat gesneden worden en zijn makkelijk te reinigen. De kunststofvloeren zijn ook voorzien van het innovatieve kliksysteem dat Quick-Step zo populair maakte.

De productie van LVT start met een mengsel van PVC en kalksteen dat gesmolten wordt en op een transportband weer gestold wordt tot grote slabs. Op die grote kunststofplaten worden achtereenvolgens een dun val papier met een print, een laminatiefolie en een coating aangebracht. Ondertussen wordt de plaat ook ingedrukt met een rol om het product een natuurlijk ogende fijne structuur te geven. De laatste stap op de band is het kappen van de platen op de gewenste afmetingen.

“Om de positie van het kapmes aan te sturen is er een meeloopwiel dat net voor het kapmes over de slap loopt”, zegt Thibaud Baudoncq, Production Engineer  LVT bij Unilin. “Dat wiel meet hoeveel materiaal er gepasseerd is zodat het mes op de gewenste lengte kan kappen. Als de band iets sneller draait, meet het wiel dat het product sneller passeert en wordt het kapmes eerder aangestuurd. Op die manier worden kleine variaties in de snelheid van de transportband opgevangen.”

Fotocel geeft meetwaarde door

In de praktijk bleek dat systeem echter niet volledig waterdicht te zijn. “Het encoderwiel kan vervuild raken waardoor de meting onnauwkeurig wordt. Bovendien hadden we behoefte aan feedback over de reële lengtes waarop gekapt wordt om verderop in de lijn te gebruiken. We werken met verschillende afmetingen waarbij het kappen aangestuurd wordt in functie van de print op de slabs. Later bij het verpakken moet men precies weten hoeveel stuks er van elke lengte aankomen”, zegt Thibaud Baudoncq. “Een derde reden om in de lijn te meten is uiteraard kwaliteitscontrole.”

De evidente oplossing om de lengte van de platen na het kappen te meten bleek het plaatsen van een fotocel in de transportband. Na het kappen versnelt de lijn waardoor de platen uit elkaar komen te liggen. Met een fotocel kan men meten hoe lang de lichtstraal onderbroken wordt door een plaat op de band. In combinatie met de snelheid van de band geeft dat de lengte van de plaat.

Thibaud Baudoncq: “In de praktijk bleek die meting niet nauwkeurig genoeg te zijn. Het signaal van de fotocel werd uitgelezen door de PLC maar door vertragingen in de communicatie kon de onnauwkeurigheid van de meting enkele centimeter bedragen. Op Indumation hebben we toen bij SICK een fotocel gezien met IO-Link die zelf de tijd kan berekenen en de meetwaarde kan doorgeven aan de PLC. Vertragingen in de communicatie hebben dan geen invloed meer op het resultaat van de meting.”

IO-Link is een communicatiestandaard die al een tiental jaren bestaat en nu steeds meer ingeburgerd raakt omdat er steeds meer sensoren, I/O-kaarten en ander materiaal beschikbaar is dat de standaard ondersteunt. IO-Link is bedoeld voor de communicatie van digitale meetwaarden, met een resolutie van 1 tot 32 bits. Naast de proceswaarden ondersteund het protocol ook het versturen van service data voor configuratie en diagnose.

“Het grote voordeel voor ons is dat IO-Link zich makkelijk laat inpassen in bestaande systemen”, zegt Thibaud Baudoncq. “Wij hadden een PLC met ET200 I/O-eilanden waarin enkel binaire waarden gecommuniceerd werden. Door een kaart voor IO-Link toe te voegen kon de PLC ook de meetwaarde van de fotocel uitlezen. Op de website van SICK konden we het IODD-bestand downloaden om de gegevens van de sensor in het I/O-eiland te laden en te configureren. De implementatie was aanvankelijk niet zo eenvoudig omdat we met verschillende versies te maken hadden, maar met de support van SICK hebben we de juiste versie van de driver kunnen downloaden waarna de configuratie wel bijna vanzelf ging.”

Een alternatief was nog geweest om een bijkomend IO-Link eiland op ProfiNet toe te voegen, naast de bestaande eilanden die ook allemaal op ProfiNet zitten. Maar het toevoegen van een kaart op de ET200 bleek veel goedkoper en efficiënter te zijn. Dat is ook net de reden waarom IO-Link naast alle bestaande industriële netwerken in het leven geroepen werd – als goedkope en efficiënte oplossing voor de een-op-een communicatie met digitale sensoren en actuatoren.

Voor Unilin bleek de oplossing perfect. Het project kon zeer snel gerealiseerd worden waarbij men dankzij IO-Link vanop een laptop toegang heeft tot alle functionaliteiten en parameters van de fotocel. Bij SICK wordt een groot aantal van de fotocellen en andere sensoren precies om die reden nu ook standaard met IO-Link uitgerust.

Het project heeft er ook voor gezorgd dat de productiviteit van de lijn bij Unilin is toegenomen. Na het verkappen gaan de platen naar een station waar ze met een raam met zuignappen opgenomen worden. Voor de aansturing van dat raam moet men precies weten welke afmetingen de plaat zal hebben omdat dan meer of minder zuignappen geactiveerd moeten worden. De meting met de fotocel levert die informatie nu ondubbelzinnig zodat zich in de manipulatie geen storingen meer voordoen.

In een volgend project wil men nog een bijkomende fotocel plaatsen die op basis van het contrast de tape kan detecteren waarmee vellen met verschillende prints aan elkaar gezet worden. Zo kan op basis van “eenvoudige” fotocellen een volledige kwaliteitscontrole bekomen worden.