Optosensoren Höherer Nutzen durch punkt- und linienförmiges Abtasten

Bei einem Rotlicht-LED-Sensor bestimmen Form und Größe des Lichtflecks wie genau sich Geometrie und Lage von Objekten erfassen lassen. Müssen sehr kleine Teile erkannt werden oder sind Werkstücke hochgenau zu positionieren, dann kommen Lasserlicht-Sensoren zum Einsatz.

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Obwohl die Optosensoren-Serie 10 von Baumer schon ein sehr breites Sortiment an Rotlicht- und Laserlichtsensoren umfasst, wurde sie um mehrere Varianten mit speziellen Strahlformen und einem miniaturisierten Lichtleitergerät erweitert. Damit lassen sich beispielsweise in Handhabungsanlagen, Maschinen für die Leiterplattenfertigung, Anlagen für die Dokumentenverarbeitung oder in der Pharma-Verpackungs-Industrie schwierige Erkennungs- und Erfassungsaufgaben lösen.

Optimaler Lichtstrahl und Hintergrundausblendung

Durch Verwendung unterschiedlicher Leuchtdioden bei Reflexionslichttastern mit Hintergrundausblendung kann der Anwender aus der Serie 10 den für seine Applikation optimalen Sensor leicht auswählen. Form und Größe des Lichtflecks, der auf das Objekt fällt, spielen zur präzisen Erfassung eine entscheidende Rolle.

Müssen Objekte hochpräzise positioniert oder kleinste Teile zuverlässig erfasst werden, kommt ein Sensor mit Laserstrahl zum Einsatz. Aufgrund des kleinen Lichtaustritts bei Laserdioden und der hochwertigen Optik beträgt der Strahldurchmesser im Fokus nur 0,2 mm. Entsprechend genau lassen sich Objekte positionieren.

Laserähnliche Strukturen beim LED-Sensor

Laserähnliche Strahlen mit 2 mm Strahldurchmesser im Fokus waren bei den Rotlicht-Sensoren durch seitlich angebrachtem Bonddraht bei der Point-Source-LED zusammen mit einer präzisen Optik realisierbar. Damit lässt sich bei Rotlicht-Sensoren die Präzision beim seitlichen Anfahren gegenüber herkömmlichen LED-Rotlicht-Sensoren deutlich verbessern. Um grössere Objekte zuverlässig zu erfassen, werden vorzugsweise die Sensoren mit einer Standard-Rotlicht-LED eingesetzt.

Drei Typen mit Hintergrundausblendung

Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung sind heute die beliebtesten Sensoren, um Objekte unabhängig von Farbe und Oberflächen zuverlässig und präzise zu erkennen. Je effizienter der Sensor den Hintergrund von den zu erkennenden Teilen unterscheiden kann, desto universeller lassen sich die Sensoren nutzen.

Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung werten nicht nur die empfangene Lichtintensität aus, sondern den Einfallswinkel des vom Objekt remittierten Lichtes. Dieser Einfallswinkel wird nur durch die Distanz vom Objekt zum Sensor (T1 oder T2 in Bild 2) bestimmt. Ein positionsempfindliches Empfangselement wertet nun die Position aus.

Ändern von Brennweite und Blindbereich

Ist bei einem normalen Reflexionslichttaster der Schaltpunkt sehr davon abhängig wie gut oder schlecht das Objekt das Licht remittiert, kann dieser Unterschied beim Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung auf ein Minimum reduziert werden. Auch Staub auf der Sensorfrontscheibe macht die Erkennung immer noch möglich, weil sich nur die Intensität des empfangenen Lichtes ändert, nicht aber die Position auf den Empfangsdioden.

Durch mechanisches Verschieben der Linse wird der Schaltpunkt eingestellt. Damit lässt sich die Brennweite und der Blindbereich für die eingestellte Tastweite optimieren. Das bedeutet bei kurzen Schaltdistanzen ein kleiner Blindbereich und kleinste Schwarz-Weiss-Verschiebung, was eine präzisere Detektion zur Folge hat.

Drei Sensoren mit fest definierter Tastweise

Oftmals ist aber gerade die Verstellmöglichkeit bei einem Sensor unerwünscht. Denn mit fix eingestellten Sensoren sind Fehlmanipulationen durch den Maschinenanwender vermeidbar und der Einstellaufwand bei der Montage lässt sich reduzieren. Baumer hat die Technologie der sehr effizienten Hintergrundausblendung auch in den drei neuen Reflexionslichttaster mit definierter Tastweite (30, 50 und 80 mm) umgesetzt.

Linienförmiger Strahl ermöglicht breitflächige Abtastung

Auf dem Markt gibt es immer wieder Applikationen bei denen Sensoren mit linienförmigem Strahl die bessere Lösung bieten als der punktförmige Strahl. Zum Beispiel wenn eine Objektkante erkannt werden muss und diese Kante durch Einfräsungen unterbrochen ist. Wird eine solche Applikation mit einem punkförmigen Strahl gelöst, darf sich die Position der Einfräsung nie ändern oder der Sensor muss immer wieder neu auf die Kante ausgerichtet werden.

Viel effizienter lässt sich dies mit einem linienförmigen Strahl lösen, der parallel zur Kante verläuft. Durch die Länge des Strahls trifft immer ein Teil des Lichtstrahles auf die zu erfassende Kante und das Objekt wird somit immer präzise und anhand der eigentlichen Kante erfasst.

Oft werden linienförmige Strahlen durch zusätzliche Linsen erzeugt, was bedeuten könnte, miniaturisierte Sensoren mit linienförmigem Strahl sind nicht realisierbar. Aber das von Baumer entwickelte und patentierte Verfahren zur Bildung des linienförmigen Strahles basiert auf einer hochpräzisen Prägetechnik, bei der in die Optik feinste Linien eingebracht werden. Diese Technik benötigt keinen zusätzlichen Platz und kann so auch bei der Miniaturbauform der Serie 10 angewendet werden. Ausserdem spielt es keine Rolle ob die Lichtquelle ein Standard-Rotlicht-LED oder Laser-Diode ist.

Lichtleitergerät in Miniaturausführung wiegt nur 4 Gramm

Beim FVDK 10, dem kleinsten Lichtleitergerät auf dem Markt, wurde darauf geachtet, dass moderne Sensortechnologie mit einfacher Bedienung kombiniert werden. Aufgrund eines neuen, durch Baumer entwickelten ASICs sind auch beim miniaturisierten Lichtleitergerät der Serie 10 marktübliche Eigenschaften möglich, beispielsweise sind max. 3 Lichtleiter unmittelbar nebeneinander montierbar, ohne dass sie sich gegenseitig beeinflussen und es beim Sensor zu Fehlschaltungen kommt. Die gelbe Anzeige-LED gibt Auskunft, ob das empfangene Signal genügend stark ist und die Applikation auch bei etwas schlechteren Bedingungen noch zuverlässig funktioniert. Die Schaltdistanz ist mittels Potenziometer präzise eingestellbar.

Werden Lichtleiter an Greifern oder auf Montageköpfen eingesetzt, müssen diese Lichtleiter oft schleppkettentauglich sein, weil das Lichtleitergerät zu gross für die Montage am Greifer ist. Das Angebot an schleppkettentauglichen Lichtleitern ist sehr klein, was eine Einschränkung bei der Auswahl bedeutet. Hier punktet das Miniaturlichtleitergerät aufgrund der Baugrösse und des minimale Gewichts von gerade einmal 4 Gramm: es ist problemlos am Greifer montierbar und kann mit allen bei Baumer erhältlichen Kunststofflichtleiter eingesetzt werden.

Aber nicht nur optische Sensoren sind im Gehäuse der Serie 10 erhältlich, sondern auch Ultraschallsensoren der Baureihe SONUS mit schaltendem oder analogem Ausgang. Durch die Bauform und Funktionalität öffnet SONUS der Ultraschalltechnologie völlig neue Anwendungsgebiete, so zum Beispiel die Füllstandsmessung in Kleinstbehältern. Mit SONUS werden in diesem Segment in Zukunft auch Messungen unabhängig der Medienfarbe und Transparenz möglich sein.

*Jürg Weber ist Produktmanager in der Business Unit Proximity bei Baumer Electric in Frauenfeld/Schweiz.

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