Grundlagen Optisch
Grundlagen zu optischen Sensoren
Farbsensoren detektieren Objekt- oder Lichtfarben, die vorher in den Sensor eingelernt wurden (max. 31 Farben). Um eine bestmögliche Anpassung an verschiedene Inspektionsaufgaben zu garantieren, steht eine breite Palette unterschiedlicher Sensortypen zur Auswahl. Die Farbsensoren arbeiten nach dem 3-Farbbereichs-Verfahren. Das heißt, das empfangene Licht wird für die weitere Verarbeitung in die Farben rot, grün und blau unterteilt. Als Lichtquelle während der Inspektion dienen getaktete Weißlicht-LEDs bzw. UV-LEDs bei den Lumineszenz-Sensoren. Je nach den Erfordernissen der Anwendung kommen Sensoren mit verschiedenen Lichtfleckdurchmessern, mit fokussiertem Licht (FCL) oder diffusem Licht (DIL) zum Einsatz. Durch die Modulation der Lichtquelle wird eine hohe Unabhängigkeit vom Umgebungslicht erreicht (POL). Farbsensoren mit Polfilter eliminieren den Glanz von Objekten und können so die Farbe von hochglänzenden Objekten erkennen. Im Gegensatz dazu wird bei Farbsensoren mit spezieller Glanzerkennung (GD-Typen) neben der Farbkontrolle eine zusätzliche Glanzkontrolle am Objekt vorgenommen. Damit ist es möglich, Objekte mit gleicher Farbe aber unterschiedlichen Glanzmerkmalen zu unterscheiden.
Optional sind viele der Farbsensoren als True-Color-Ausführung lieferbar. Mit einer dem Tageslicht angepassten Beleuchtung (D65) ist damit eine Farberkennung möglich, die dem menschlichen Farbempfinden nahe kommt. Um eine Farbdetektion auch in beengten Platzverhältnissen zu ermöglichen steht eine große Auswahl an Lichtwellenleitern (LWL) zur Verfügung. Durch die Verwendung spezieller Optiken können Objekte mit einem Abstand von 10 mm bis 800 mm geprüft werden. Mit einer Schaltfrequenz bis 30kHz stellen auch sehr schnelle Vorgänge kein Problem dar.
Die Parametrisierung der Farbsensoren erfolgt über eine Windows®-Bedienoberfläche, die gleichzeitig die Detektionsergebnisse numerisch und grafisch darstellt.
Einsatzgebiete: |
|
Glanzsensoren senden Licht unter einem bestimmten Winkel auf die zu detektierende Fläche. Zwei speziell angeordnete Empfänger erfassen das diffus-reflektierte und das gespiegelte Licht. Bei matten Flächen überwiegt der diffuse Anteil, bei glänzenden Flächen dagegen der gespiegelte Anteil. Das Verhältnis der beiden Empfangssignale ist ein Maß für den Glanzgrad.
Einsatzgebiete: |
|
|
Kontrastsensoren sind prinzipiell energetische Lichttaster. Durch speziell angepasste Eigenschaften bezüglich Lichtfarbe, Lichtfleck, Schaltfrequenz und Empfindlichkeitseinstellung eignen sie sich besonders zur Detektion von Kontrastunterschieden.
Einsatzgebiete: |
|
L.A.S.E.R. = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Laserlicht verläuft nahezu parallel in eine Richtung. Durch eine Fokussierung der Strahlung erreichen Laser eine sehr viel höhere Leistungsdichte als gewöhnliche Lichtquellen. Infolge der geringen Divergenz kann mit einem Laser Energie über weite Strecken übertragen werden. Die Schwingungen in einem Laserstrahl verlaufen fast phasengleich (kohärent) und weisen eine große Kohärenzlänge auf, d.h. sie bleiben über weite Strecken ohne Phasenverschiebung. Aufgrund polarisierender optischer Bauteile im Resonator verläuft die gesamte Strahlung eines Lasers in einer Polarisationsebene. Der Laserstrahl beinhaltet Licht nur einer Wellenlänge.
PULSOTRONIC Lasersensoren und deren Einsatzgebiete werden nach folgenden Typen unterschieden:
Laser-Analog-Lichtschranken arbeiten mit parallel gerichtetem Laserlicht mit homogener Lichtverteilung im runden bzw. rechteckigen Querschnitt. Zum Betrieb ist eine Auswerteeinheit erforderlich. Der Ausgang liefert ein Analogsignal (0...10V oder 4...20mA) proportional zur Ausschaltung des Empfängers.
Einsatzgebiete: |
|
Die Laser-Digital-Lichtschranken arbeiten mit sichtbarem, parallel gerichtetem Laserlicht. Durch den Einsatz runder bzw. rechteckiger Blenden wird das Licht homogen im Laserstrahl verteilt und kleinste Gegenstände werden selbst bei großer Sender-Empfänger-Distanz erkannt. Die integrierte Schwellennachführung bei einigen Typen bewirkt eine Kompensation von Verschmutzungen.
Einsatzgebiete: |
|
Laser-Gabellichtschranken mit parallel gerichtetem Laserlicht mit homogener Lichtverteilung im runden beziehungsweise rechteckigen Querschnitt erkennen kleinste Gegenstände. Die Empfindlichkeit ist über ein Potentiometer einstellbar.
Einsatzgebiete: |
|
Die Geräte der L-LAS-Serie unterteilt sich in 3 verschiedene Betriebsarten: Triangulationstaster, Durchlichtzeilensensor, Reflexlichtzeilensensor. Die physische Auflösung beträgt bis zu1024 Pixel. Ein Analogausgang (Spannung- oder Stromausgang) informiert über Abstand, Position bzw. Größe eines Objektes. Der Digitalausgang schaltet bei Über- oder Unterschreitung der einstellbaren Schwellwerte. Eine serielle Schnittstelle (RS232) erlaubt die Kommunikation über einen PC (oder eine SPS + RS232-Modul).
Einsatzgebiete: |
|
Mit einem Außendurchmesser ab 3 mm bzw. Gewinde M4 zählen diese Laser-Lichtschranken zu den weltweit kleinsten Typen. Durch die kompakte Bauform kommt die M-LAS Serie bei Applikationen zum Einsatz, die nur wenig Platz bieten und bei denen ein kleiner Lichtspot (parallel oder fokussiert) erforderlich ist. Die Sensoren entsprechen der Laserklasse 1 und gewährleisten somit einen gefahrlosen Betrieb ohne besondere Schutz- oder Vorsichtsmaßnahmen. Es stehen verschiedene Kontrollelektroniken zur Verfügung:
- RS232-Version parametrierbar unter Windows®
- Analog-Version mit 4...20mA Ausgang
- Digital-Version mit nachgeführter Schaltschwelle
Einsatzgebiete: |
|
Laser-Reflex-Lichtschranken vom Typ R-LAS-LR arbeiten nach dem Autokollimationsprinzip.
Ein integrierter Polarisationsfilter bietet Schutz vor Fehlauslösung durch reflektierende Gegenstände. Die Laserleistung stellt sich auf den jeweiligen Reflektor und die Reflektorentfernung ein. Die Sensoren sind parametrierbar unter Windows® mit der Software LR-Scope.
Laser-Reflex-Taster vom Typ R-LAS-LT arbeiten nach dem Triangulationsprinzip mit Hintergrundausblendung. Das Messobjekt wird unabhängig von Oberflächenbeschaffenheit, Farbe und Hintergrund erfasst. Normierte Auswertung und Leistungsnachregelung sorgen dabei für einen sehr hohen Dynamikbereich. Die Sensoren sind parametrierbar unter Windows® mit der Software RT-Scope bzw. LTScope.
Einsatzgebiete: |
|
Die SI-JET Laser-Sprühstrahl-Kontrollsysteme überwachen mit Hilfe von drei Laser- oder LED-Strahlen die Dichte, die Symmetrie und den Öffnungswinkel eines Sprühstrahles. Die Software erlaubt eine Parametrisierung des Systems. Eine Verunreinigung der Optiken kann durch Druckluftspülung verhindert werden.
Einsatzgebiete: |
|
Distanzsensoren mit Lichtlaufzeitmessung eignen sich für Applikationen, bei denen eine konstante Leistung über den gesamten Messbereich gefordert ist. Der maximale Mess- und Erfassungsfehler hängt hauptsächlich von der Applikation sowie den nachfolgenden Faktoren ab. Ganz bedeutend hierbei ist die Linearität. Sie gibt die maximale Abweichung des Analogausgang gegenüber dem zur Entfernung proportionalen Idealwert an und wird als prozentualer Wert von Skalenendwert angegeben. Mit den Laser-Distanzsensoren der Serie KLDS lassen sich präzise Messungen über große Distanzen durchführen. Das Funktionsprinzip der Sensoren basiert auf der Erfassung der Lichtlaufzeit. Für Abstände von bis zu 7 m genügen die Reflexionseigenschaften natürlicher Oberflächen. Mit Hilfe spezieller Reflektoren können Entfernungen bis 100 m realisiert werden. Neben zwei getrennt einstellbaren Schaltausgängen stehen bei einigen Versionen auch Analog- oder Alarmausgänge und serielle Schnittstellen zur Verfügung.
Einsatzgebiete: |
|
Lichtgitter sind Einwegsysteme mit unterschiedlichen Strahlanzahlen und abständen. Spezielle Sicherheitslichtgitter eigenen sich für Anwendungen, bei denen die Sicherheit von Menschen von der ordnungsgemäßen Funktion abhängt.
Einsatzgebiete: |
|
Das getaktete Licht der Sendediode trifft auf das zu detektierende Objekt. Daran wird es diffus reflektiert und ein Teil des reflektierten Lichtes gelangt auf den im gleichen Gerät befindlichen Lichtempfänger. Bei ausreichender Empfangsenergie schaltet der Ausgang (energetischer Reflextaster). Die erzielbare Reichweite hängt von der Größe und Farbe des Objektes sowie von dessen Oberflächenbeschaffenheit ab. Die Funktionsweise von Reflextastern mit Hintergrundausblendung ist ähnlich wie beim energetischen Reflextaster. Der Unterschied besteht darin, dass nicht die Menge sondern der Einfallswinkel des reflektierten Lichts ausgewertet wird. Daher hängt der Schaltabstand nur sehr wenig von der Größe und Farbe des Objektes bzw. von dessen Oberflächenbeschaffenheit ab. Es können somit auch dunkle Objekte vor einem hellen Hintergrund sicher erkannt werden!
Einsatzgebiete: |
|
Lichtschranken und deren Einsatzgebiete werden nach folgenden Typen unterschieden:
Das gepulste Licht der Sendediode wird durch eine Linse fokussiert und über einen Polarisationsfilter auf einen Reflektor (Prinzip des Tripelspiegels) gerichtet. Ein Teil des von dort reflektierten Lichtes erreicht über einen weiteren Polarisationsfilter den Empfänger. Die Filter sind so ausgewählt und angeordnet, dass nur das durch den Reflektor zurückgeworfene Licht auf den Empfänger gelangt. Diese Anordnung verhindert Fehlsignale bei hellen und glänzenden Objekten infolge Direktreflexion. Ein Objekt, das den Strahlengang vom Sender über den Reflektor zum Empfänger unterbricht, bewirkt das Schalten des Ausganges. In vereinfachter Ausführung sind auch Reflexlichtschranken ohne Polarisationsfilter erhältlich.
Einsatzgebiete: |
|
Einweglichtschranken bestehen aus je einem Sender und einem Empfänger in getrennten Gehäusen. Der Sender wird so ausgerichtet, dass ein möglichst großer Teil des gepulsten Lichtes seiner Sendediode auf den Empfänger fällt. Eine Unterbrechung des Lichtstrahls zwischen Sender und Empfänger bewirkt das Schalten des Ausganges.
Einsatzgebiete: |
|
Gabellichtschranken sind Einweglichtschranken, wobei Sender und Empfänger fest zueinander angeordnet sind (meist in U-Form). Dadurch ist die optimale Anordnung der optischen Elemente konstruktiv sichergestellt.
Einsatzgebiete: |
|
Winkellichtschranken sind Einweglichtschranken, wobei Sender und Empfänger fest zueinander angeordnet sind (meist in L-Form). Dadurch ist die optimale Anordnung der optischen Elemente konstruktiv sichergestellt.
Einsatzgebiete: |
|
Rahmenlichtschranken bestehen aus mehreren eng nebeneinander angeordneten Einweglichtschranken, welche in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Somit entsteht ein Feld, in dem Objekte erfasst werden, unabhängig von ihrer genauen Position.
Einsatzgebiete: |
|
Lumineszenzsensoren arbeiten senderseitig mit UV-Licht. Oberflächen mit lumineszierenden Eigenschaften wandeln dieses UV-Licht in sichtbares Licht. Empfangsseitig reagieren Lumineszenzsensoren nur auf sichtbares Licht, nicht auf UV. Dadurch erkennen diese Sensoren nur Objekte mit natürlicher Lumineszenz oder mit speziell auf gebrachten Markierungen.
Einsatzgebiete: |
|
Die Schuppenstromzähler der LCC Serie dienen in erster Linie der Erfassung und Zählung von Druckerzeugnissen, die in geschuppter Form angeordnet sind. Im optimalen Arbeitsbereich werden dabei Blattkanten mit einer Dicke ab typ. 50 µm erfasst. Sichere Funktion und einfache Bedienung kennzeichnen die Sensoren der LCC Serie ebenso wie die robuste mechanische Ausführung. Die Sensorserie bietet hohe Abtastfrequenzen bis 1,5kHz und kann sich auf unterschiedlich helle und dunkle bzw. langsam oder schnell bewegte Teile einstellen.
Einsatzgebiete: |
|