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Bild: StudioThreeDots, iStock
Optoelektronische Sensoren

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Erkannt und vermessen

Text: Arno Hagemann, Holger Unger, Thorsten Schroeder, alle Pepperl+Fuchs
Der Einsatz optoelektronischer Sensoren ist stets eine Herausforderung, denn das Zusammenspiel von Objekt- und Umgebungseigenschaften birgt Tücken für die Erkennungsleistung. Zwei neue Messverfahren sollen nun für einen Paradigmenwechsel in der Optoelektronik sorgen.

Das energetische Erfassungsprinzip hat seine Grenzen. Für Applikationen, die mehr erfordern als nur einen detektierenden und schaltenden Sensor, genügt es künftig nicht mehr. Bei genauer Betrachtung kommt es insbesondere in produktivitätsgetriebenen Aufgabenstellungen auf automatisierungs- und kommunikationstechnischen Mehrwert an, zum Beispiel die Ausführung von Schaltungslogiken durch den Sensor oder dessen Parametrierung aus einem Steuerungssystem heraus. Mit Blick auf Industrie 4.0 wird die Nachfrage nach solchen sensortechnischen Zusatznutzen in Zukunft noch steigen.

Die distanzmessenden Techniken Multi Pixel Technology (MPT) und ­Pulse Ranging Technology (PRT) – beide von Pepperl+Fuchs entwickelt – sollen für die Optoelektronik insgesamt einen Paradigmenwechsel auslösen. Sie treten nach Ansicht des Herstellers an die Stelle der energetischen Auswertung von Remissionswerten und der Einstellung von Schaltschwellen. Unter anderem deshalb, weil sie jetzt die Objekt­erfassung nahezu unabhängig machen von Geometrie- und Oberflächeneigenschaften sowie von Umgebungs- und Fremdlichteinflüssen.

Für den Nahbereich...

Die MPT setzt bei der Detektion durch Distanzmessung auf die geome­trische Triangulation. „Eine extrem helle PowerBeam-LED im Sensor erzeugt einen energiedichten Lichtfleck auf dem Objekt und dadurch eine Remission, die auf dem empfangenden Multi-Pixel-Array abgebildet wird“, erläutert Holger Unger, Produktmanager MPT-Sensoren bei Pepperl+Fuchs. „Intelligente Software-Algorithmen berechnen aus der Position des Remissionszentrums auf dem Array die exakte Distanz zwischen Sensor und Objekt.“ Mit MPT lässt sich ein Detektionsobjekt eindeutig vom Hintergrund unterscheiden – auch wenn beide ähnliche optische Eigenschaften wie Farbe oder Glanz besitzen. Durch Kombination von Vorder- beziehungsweise Hintergrundausblendung mit einem Fenster- und einem Hysterese-Modus erhöht sich die Zuverlässigkeit deutlich. Die unterschiedlichen Betriebsarten lassen sich einfach über die integrierte IO-Link-Schnittstelle einrichten. Sie dient im Umfeld von Industrie 4.0 gleichzeitig als Interface, um beispielsweise Sensorparameter von der Steuerung in den Sensor zu laden und verfügbarkeitsrelevante Prozess- und Service-Informationen aus dem Feld abzufragen.

Der MLV41 und der RL31 sind zwei Beispiele aus der Familie schaltender MPT-Lichttaster mit diesem Messkern. Die entscheidenden Vorteile liegen in der flexiblen Adaption an unterschied­liche Aufgabenstellungen.

...und für größere Reichweiten

Sichere und präzise Messungen auf Distanzen von wenigen Zentimetern bis zu mehreren hundert Metern, hohe Wiederholgenauigkeit und kurze Ansprechzeiten verspricht Pepperl+Fuchs für seine PRT-Distanzsensoren. Bei diesem Messverfahren sendet eine leistungsstarke Laserdiode in der augensicheren Schutzklasse 1 kurze, energiereiche Rotlicht- beziehungsweise Infrarotlicht-Impulse aus, die vom Zielobjekt reflektiert und von einem Empfangselement wieder erfasst werden. Aus der Dauer zwischen den Sende- und Empfangszeitpunkten ergibt sich die Entfernung zum Zielobjekt. Die Besonderheit dieses Verfahrens liegt im Energiegehalt des Einzelimpulses. Dieser ist bis zu 1000-mal höherer als das Licht permanent sendender Quellen. „Hieraus resultieren unter anderem große Messbereiche, hohe Arbeitsabstände und Funktionsreserven, eine außergewöhnliche Präzision und die weitgehende Unabhängigkeit von Objekt- und Oberflächeneigenschaften“, erklärt Thorsten Schroeder, Produktmanager PRT-Sensoren bei Pepperl+Fuchs.

Vorteil in 1D und 2D

Der VMD28 steht entweder als Version mit zwei Schaltausgängen für die reine Objektdetektion sowie mit IO-Link- und Analog-Ausgang für die Ausgabe von Messwerten zur Verfügung. Gemessen wird wahlweise auf natürliche Objekte oder – wenn eine größere Reichweite benötigt wird – auf Reflektoren. Bei den 2D-Laserscannern der Produktfamilie R2000 sind ebenfalls neben rein schaltenden auch messende Varianten verfügbar. Das Messmodul ist jeweils ein kontinuierlich um die eigene Achse rotierender Sensorkopf mit integriertem Lasersender und –empfangselement, der die Umgebung lückenlos im 360°-Winkel abtastet.

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