Distanzsensor trifft Lichtschranke - All

TECHNIK Feldebene
Bildquelle: alle Bilder Pepperl+Fuchs
Die Entwickler
haben die Fähigkeiten eines Distanzsensors auf
einen Taster übertragen und diesen
sowohl leistungsfähiger als auch
sicherer gemacht.
Messende Lichtschranke
Distanzsensor trifft
Lichtschranke
Ein neuer Optosensor bildet als schaltender Triangulator mit Messkern die Brücke
zwischen Distanzsensoren und Lichtschranken. Die Fähigkeiten dieser 'messenden
Lichtschranke' gehen über die Leistung einfacher schaltender Triangulatoren hinaus. Denn er vereint die Funktionalität eines Reflexionslichttasters mit verschiedenen Schaltfunktionen.
I
n vielen industriellen Anwendungen
gilt es, Objekte zuverlässig vor einem
bestimmten Hintergrund zu erkennen.
Dies ist die Domäne von Lichttastern mit
Hintergrundausblendung. Diese Sensoren
arbeiten mit einer Differenzialdiode und
sind recht einfach aufgebaut. Je nachdem
ob das Licht von einem näheren Objekt
oder vom weiter entfernten Hintergrund
reflektiert wird, fällt es auf das Nah- oder
58
IEE • 1/2-2011
das Fernelement. Daraus lässt sich ausgangsseitig ein Schaltsignal generieren.
Auf der Suche nach Verbesserungsmöglichkeiten und leistungsfähigeren Alternativen ist ein Blick über den Tellerrand in
Richtung der aufwendigeren und teureren Distanzsensoren interessant. Denn
Letztere liefern in Form eines Messwerts
eine präzise Auskunft über den Abstand
eines Gegenstands zum Sensor und eignen
sich so prinzipiell zur Detektion von Objekten vor Hintergründen, wenn man die
Distanzinformationen intelligent weiterverarbeitet und auswertet. Mit diesem
Wissen im Hinterkopf, wurde ein Standardsensor entwickelt, der die Fähigkeiten eines Distanzsensors auf einen Taster
überträgt und diesen leistungsfähiger und
sicherer macht ohne gleichzeitig so komplex und kostspielig zu sein.
TECHNIK Feldebene
[1] Bei der Triangulation wird der reflektierte
Lichtstrahl auf dem Multi-Pixel-Array (MPA) abgebildet. Die Position auf dem MPA ist ein Maß
für die Entfernung zum Objekt.
Die messende Lichtschranke RL31-8-H
von Pepperl+Fuchs erkennt die Anwesenheit eines Objekts über den Abstand zum
Sensor. Als Empfänger fungiert eine Fotodioden-Zeile (Multipixel-Array, MPA),
auf der der vom Sensor ausgestrahlte und
am Objekt reflektierte Lichtstrahl abhängig von der Entfernung auf unterschiedliche Positionen projiziert wird (Triangulationsverfahren). Mithilfe eines Mikroprozessors und entsprechenden Softwarealgorithmen lässt sich dann der genaue
Objektabstand bestimmen.
Verschiedene Faktoren tragen zu hoher
Präzision, großer (Wiederhol)Genauigkeit und einfacher Handhabung bei.
Das Licht der Dünnschicht-LED PowerBeam zum Beispiel ist sehr hell und mit
640 nm Wellenlänge gut sichtbar, wodurch die Ausrichtung und Inbetriebnahme im gesamten Erfassungsbereich einfach ist. Der Lichtfleck kennzeichnet sich
durch Homogenität, eine scharfe Abbildung ohne zentralen Bondschatten und
eine im Vergleich zu anderen LEDs hohe
Energiedichte. Die Lichtschranke erfasst
somit auch dunklere Objekte bei großen
Entfernungen.
Flexibler Verwandlungskünstler
Über die integrierte Messfunktionalität
bildet die Lichtschranke verschiedene
Schaltfunktionen in einem Gerät nach.
Über die IO-Link-Schnittstelle lässt sich
jedem der zwei vorhandenen Gegentaktausgänge eine separate Schaltschwelle zuweisen. Die messende Lichtschranke
kann wahlweise als Taster mit Hintergrundausblendung, als Taster mit Hinter-
grundauswertung, im Fensterbetrieb mit
Vorder- und Hintergrundausblendung sowie in einem Hysteresemodus arbeiten.
Im Modus Hintergrundausblendung erfasst die Lichtschranke beliebige Objekte
in einem definierten Tastbereich während
Objekte im Hintergrund ausgeblendet
werden. Typische Anwendungen sind Anwesenheitskontrollen, Triggeraufgaben
oder Stapelhöhenerkennung. Nutzt der
Anwender die Hintergrundausblendung
in Verbindung mit zwei Schaltpunkten
kann er einfach Durchhangkontrollen,
Hubhöhen- und Füllstandsüberwachungen verwirklichen. Bei der Hintergrundauswertung dagegen dient der Hintergrund als Referenz, während der Sensor
Objekte im Vordergrund ab Tastweite 0
mm sicher erfasst, zum Beispiel zur Anwesenheitskontrolle oder Vorderkantenerkennung. Der Fensterbetrieb wiederum
ist vorgesehen, um Objekte in einem definierten Tastbereich sicher zu erkennen,
wie etwa bei der Bahnrisskontrolle. Der
Betriebsmodus Hysterese schließlich erfasst Objekte zwischen einem definierten
Ein- und Ausschaltpunkt, was für Durchhangkontrollen, Hubhöhenüberwachungen und Füllstandsüberwachungen nötig
ist. In allen gezeigten Anwendungen erreicht der Sensor gute Leistungswerte bei
einem Tastbereich von 50 bis 800 mm beziehungsweise Einstellbereich von 100 bis
800 mm und punktet – im Gegensatz zu
herkömmlichen Tastern mit Differenzialdioden (Nah-/Fernelement) – mit einer bis
zur
Endtastweite
gleichbleibenden
Schwarz-Weiß/Weiß-Schwarz-Differenz
von kleiner als 5 %.
➜
[1]
IO-Link-Schnittstelle standardmäßig
Bei der Parametrierung des Messkerns
leistet die serienmäßig integrierte IOLink-Schnittstelle gute Dienste. Sie ermöglicht eine standardisierte, kostengünstige und effiziente Off-line- und Inline-Kommunikation; bereits vorhandene
Verdrahtungen muss der Anwender nicht
verändern. Interessant ist der als Diagnosewert ebenfalls über IO-Link zur Verfügung gestellte aktuelle Abstandsmesswert, der sich zur schnellen und einfachen
Inbetriebnahme nutzen lässt. Eine zugehörige Gerätebeschreibungsdatei (IO Device Description, IODD) steht zusammen
mit der geeigneten FDT-Rahmenapplikation Pactware 4.0 auf der Internetseite des
Herstellers zum Download bereit. Als
weiteres Zubehör zur Off-line-Parametrierung der Lichtschranke gibt es eine
IO-Link-Master-Hardware mit USB-Anschluss. Wird IO-Link nicht zur Parametrierung genutzt, befindet sich für die manuelle Einstellung ein Potenziometer als
Tastweiteneinsteller an der Gehäuserückseite.
Bei Konfigurationen und im Betrieb informieren weit sichtbare Anzeige-LEDs den
Anwender über den aktuellen Betriebsund Schaltzustand. Die Lichtschranke ist
entweder mit einem M12-Stecker oder einem 2 m langen Festkabel ausgestattet
und benötigt eine Spannung zwischen 10
und 30 V DC. Sie arbeitet in einem Umgebungstemperaturbereich von -30 bis
55 °C und lässt sich durch die hohe
Schutzart IP67 problemlos in Innen- und
Außenbereichen einsetzen.
Autor
Holger Unger
arbeitet im Produktmanagement Fabrikautomation
bei der Pepperl+Fuchs GmbH im Werk Berlin.
infoDIRECT
765iee0111
www.iee-online.de
Link zur Lichtschranke
IEE • 1/2-2011
59