Optische Sensoren Was Sensoren mit Hintergrundausblendung leisten können

Redakteur: Jan Vollmuth

Taster mit Hintergrundausblendung erkennen Objekte oder Materialien weitgehend unabhängig vom Reflexionsgrad. Dabei kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz, die in diesem Beitrag vorgestellt werden.

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Eine Neuentwicklung im Bereich von Tastern mit Hintergrundausblendung sind Geräte mit punktförmiger Rotlicht-LED. Die Hintergrundausblendung erfolgt nach dem Triangulationsverfahren, wobei die Taster mit einem Diodenarray als Empfänger ausgestattet sind. Der kleine, homogene wie scharfkantige Lichtfleck der LED ermöglicht ein sehr genaues Positionieren. Ähnlich wie bei Lasersensoren können sehr kleine Objekte detektiert werden.
Eine Neuentwicklung im Bereich von Tastern mit Hintergrundausblendung sind Geräte mit punktförmiger Rotlicht-LED. Die Hintergrundausblendung erfolgt nach dem Triangulationsverfahren, wobei die Taster mit einem Diodenarray als Empfänger ausgestattet sind. Der kleine, homogene wie scharfkantige Lichtfleck der LED ermöglicht ein sehr genaues Positionieren. Ähnlich wie bei Lasersensoren können sehr kleine Objekte detektiert werden.
(Bild: IPF Electronic)

Optische Sensoren, alternativ auch Optosensoren oder optoelektronische Sensoren, wandeln optische Informationen (reflektiertes Licht) in elektrisch auswertbare Signale um. Neben einfachen Erkennungsaufgaben werden sie vor allem in der Automatisierung für Lagemessungen, Abstandsmessungen und für Absicherungsaufgaben, etwa den Personenschutz, eingesetzt. Dieser Beitrag von IPF Electronic konzentriert sich auf sogenannte Taster mit Hintergrundausblendung, die Objekte oder Materialien weitestgehend unabhängig von ihrem Reflexionsgrad (Farbe, Oberfläche) erkennen.

Anders als bei energetisch arbeitenden Tastern ohne Hintergrundausblendung, die nur mit einem Empfänger die Energie des von einem Objekt reflektierten Lichts auswerten, nutzen Taster mit Hintergrundausblendung die Objektposition aus, von der das auftreffende Sendelicht reflektiert wird. Dadurch ist die Aussage möglich, ob sich das Objekt im gewählten Erfassungs- bzw. Schaltbereich befindet.

Eingestellter Tastabstand bestimmt effektive Tastweite

Optische Taster mit Hintergrundausblendung sind in der Lage, bspw. Objekte mit Bohrungen, Nuten oder Durchbrüchen sicher zu erfassen. Auch Flaschen, Folien oder andere Objekte mit reflektierenden Oberflächen beeinträchtigen hierbei weitestgehend ihr Schaltverhalten nicht. Wie bereits erklärt, bewertet der Taster dabei die Position, aus der das vom Sender ausgesandte Licht von einem Objekt reflektiert wird. Die effektive Tastweite solcher Geräte ist daher nicht von dem zu detektierenden Objekt abhängig, sondern ausschließlich von dem zuvor eingestellten Tastabstand. Ein Hintergrund, z. B. ein Bauteil einer Maschine, lässt sich somit über die Einstellung des Arbeitsbereichs sicher ausblenden.

Aus technischer Sicht existieren hierfür zur Zeit vier unterschiedliche Verfahrensweisen, wobei Geräte mit mechanisch verstellbaren Empfangselementen, mit Dreistrahloptik, mit Diodenarray und Lösungen mit sogenannter Lichtlaufzeitmessung (Time-to-Flight-Messmethode) zur Auswahl stehen.

Mechanische Hintergrundausblendung

Die mechanische Hintergrundausblendung verfährt nach dem Triangulationsprinzip. Zwei Empfänger bzw. eine sogenannte Hintergrund- und eine Vordergrunddiode sind hierzu nebeneinander auf einem mechanisch verstellbaren Schlitten angeordnet. Um ein Objekt innerhalb eines vorgegebenen Erfassungsbereichs zu erkennen, kann dieser Schlitten und damit die Empfängeranordnung mittels einer Spindel verschoben werden.

Abb. 1: Taster mit mechanischer Hintergrundausblendung verfügen über zwei auf einem verstellbaren Schlitten angeordnete Empfänger (Hintergrund- und Vordergrunddiode).
Abb. 1: Taster mit mechanischer Hintergrundausblendung verfügen über zwei auf einem verstellbaren Schlitten angeordnete Empfänger (Hintergrund- und Vordergrunddiode).
(Bild: IPF Electronic)
Je nachdem welcher der beiden Empfänger ein Ausgangssignal erzeugt (bedingt durch den von einem Objekt reflektierten Lichtstrahl), ist nun eine genaue Aussage möglich, ob sich das Objekt im vorgegebenen Erfassungsbereich befindet oder nicht. (Abb. 1)

Farbunabhängige Detektion

Da Taster mit mechanischer Hintergrundausblendung eine sehr hohe Einstellgenauigkeit zulassen, werden Objekte unabhängig von ihrer Farbe sehr gut erfasst. Objekte oder Gegenstände im Hintergrund können hingegen zuverlässig ausgeblendet werden. Zum Ende ihres Arbeitsbereichs wird der Übergang zwischen Erfassungsbereich und Hintergrund zunehmend diffuser. Grund dafür ist, dass mit zunehmendem Abstand zum Sensor eine Objektverschiebung zu einer immer geringeren Lichtpunktverschiebung über der Empfängeranordnung führt.

Außerdem ist die mechanische Einstellung des Erfassungsbereichs anfällig gegen Störungen, wie z.B. sehr starke Erschütterungen, die zu einem Ausfall des Gerätes führen können. Bei Tastern mit Dreistrahloptik tritt diese Problematik jedoch nicht auf.

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