Wünschen Sie nicht-kontaktbasierte Erkennung? Infrarotsensoren sind der richtige Weg

Grundlagen der kontaktlosen Infraroterfassung

Prinzipien der Infraradstrahlung

Infrarotstrahlung gehört zum elektromagnetischen Spektrum und umfasst Wellenlängen von etwa 700 Nanometern bis hin zu 1 Millimeter. Damit fällt sie eindeutig in die Kategorie der Strahlung mit längeren Wellenlängen im Vergleich zu dem, was unser Auge sehen kann. Wenn man betrachtet, wie Infrarotstrahlung mit verschiedenen Stoffen interagiert, wird deutlich, warum dies beispielsweise für berührungslose Sensortechnologien von großer Bedeutung ist. Verschiedene Materialien reagieren unterschiedlich auf diese Wellen – einige absorbieren sie, andere reflektieren sie, und wieder andere lassen sie vollständig durchdringen. Metalle beispielsweise reflektieren in der Regel einen Großteil der Infrarotstrahlung. Glas verhält sich etwas anders, da es viele Infrarotwellen problemlos durchlässt. Hinzu kommt etwas, das man als das Stefan-Boltzmann-Gesetz bezeichnet, welches erklärt, wie heiße Objekte Infrarotstrahlung abgeben. Grundsätzlich gilt: Je heißer ein Objekt ist, desto intensiver sind seine Infrarotemissionen. Die Intensität steigt dabei im Verhältnis zur vierten Potenz der Temperatur. Dies ist übrigens nicht nur theoretisches Wissen – es bildet die Grundlage für Wärmebildsysteme und die praktischen berührungslosen Thermometer, die wir überall von Arztpraxen bis hin zu Küchen im Lebensmittelbereich einsetzen.

Aktive versus passive Sensormechanismen

Aktives Sensing funktioniert über Geräte wie Lasersensoren, die eigene Infrarotsignale aussenden, um Objekte in ihrer Umgebung zu erkennen. Da diese Sensoren aktiv Licht auf das Objekt werfen, funktionieren sie besonders gut, wenn über größere Entfernungen hinweg Präzision erforderlich ist. Passive Sensoren hingegen registrieren lediglich die Infrarotstrahlung, die von Objekten selbst natürlich ausgeht. Diese Art eignet sich hervorragend für Wärmebildverfahren, da alle Objekte eine gewisse Wärmestrahlung abgeben. Bei der Entscheidung zwischen aktivem und passivem Sensing kommt es letztlich darauf an, welche Aufgabe genau zu erledigen ist und welche Umgebungsbedingungen vorliegen. In Situationen, in denen beispielsweise nicht genügend Hintergrund-Infrarotlicht vorhanden ist, um passive Sensoren ordnungsgemäß funktionieren zu lassen, sind aktive Sensoren in der Regel die bessere Wahl.

Wellenlängenbetrachtungen für verschiedene Materialien

Das Beste aus der berührungslosen Infrarot-Detektionstechnik herausholen beginnt mit dem Verständnis dafür, wie unterschiedliche Materialien mit verschiedenen Wellenlängen interagieren. Manche Materialien absorbieren Infrarotlicht besser als andere, während einige es wiederum stark reflektieren. Das spielt eine große Rolle, denn falls die falsche Wellenlänge gewählt wird, können die Messwerte stark schwanken. Die richtige Wellenlängenauswahl stellt sicher, dass unsere Systeme tatsächlich das erfassen, was sie sollen – und zwar basierend darauf, wie Materialien das Licht reflektieren oder durchlassen. Schauen wir uns an, was in realen Situationen passiert. Die Automobilindustrie verlässt sich stark darauf, etwa bei Nachtsichtsystemen, die Fahrern helfen, Fußgänger oder Hindernisse bei schlechten Sichtverhältnissen zu erkennen. Gleichzeitig benötigen auch Ärzte präzise Wellenlängenkontrollen. Denken wir an die hochentwickelten Wärmebildkameras, die während Operationen oder diagnostischen Untersuchungen zum Einsatz kommen. Liegt man hier falsch mit der Wellenlänge, werden diese Bilder plötzlich unbrauchbar, um Tumore oder andere innere Veränderungen zu erkennen. Deshalb verbringen viele Hersteller viel Zeit damit, diese Parameter genau abzustimmen, bevor ihre Produkte in den Einsatz kommen.

Infrarotsensortypen für präzise Erkennung

Nahbereichssensoren vs. Photoelektrische Sensoren

Näherungssensoren und fotoelektrische Sensoren spielen bei der präzisen Erkennung in verschiedenen Branchen eine große Rolle. Näherungssensoren erfassen Objekte, ohne sie tatsächlich zu berühren, indem sie elektromagnetische Felder verwenden. Sie eignen sich besonders gut für Automatisierungsaufgaben, bei denen ein Kontakt empfindliche Teile beschädigen oder den Ablauf sich bewegender Maschinen stören könnte. Diese Sensoren können sowohl metallische als auch nichtmetallische Gegenstände aus der Entfernung erkennen, wodurch Produktionslinien reibungslos laufen, ohne ständige manuelle Kontrollen zu benötigen. Fotoelektrische Sensoren funktionieren hingegen anders: Sie senden einen Lichtstrahl aus, der blockiert wird, sobald etwas hindurchläuft, und geben dadurch ein Signal zurück. Aufgrund dieser Eigenschaft sind sie hervorragend geeignet, um winzige Bauteile oder sogar durchsichtige Materialien zu erkennen, die unter normalen Umständen schwer zu detektieren wären. Die Wahl zwischen diesen beiden Optionen hängt von mehreren Faktoren ab, wie beispielsweise der Entfernung, aus der Objekte erkannt werden müssen, dem Material, aus dem diese bestehen, und der erforderlichen Reaktionsgeschwindigkeit des Systems. Die richtige Festlegung dieser Parameter bestimmt, ob einer der beiden Sensoren für spezifische industrielle Anwendungen gut genug funktionieren wird.

Laser Diffus vs. Durchstrahlungs-Konfiguration

Bei Infrarotsensoren gibt es zwei wesentliche Aufbumöglichkeiten, die für die Objekterkennung in Betracht gezogen werden sollten: diffuse Reflexionslichtschranken und Durchlichtschranken. Bei diffusen Laserlichtschranken funktioniert das System dadurch, dass Laserlicht von dem zu erkennenden Objekt reflektiert wird und anschließend die reflektierte Strahlung ausgewertet wird. Dieser Ansatz ist besonders effektiv, um kleine Objekte zu erkennen oder feine Oberflächentexturen festzustellen, die möglicherweise übersehen würden. Zudem ist die Installation in der Regel einfach, da keine separate Ausrichtung von Komponenten erforderlich ist. Im Gegensatz dazu erfordern Durchlichtschranken eine sorgfältige Positionierung sowohl der Lichtquelle als auch des Detektors auf gegenüberliegenden Seiten des zu überwachenden Bereichs. Obwohl dieser Aufbau mehr Planungsaufwand erfordert, bietet er eine höhere Genauigkeit und kann größere Distanzen zuverlässig überbrücken. Diese Sensoren sind besonders geeignet für Anwendungen, bei denen eine kontinuierliche Überwachung entscheidend ist, beispielsweise bei industriellen Förderbändern oder Sicherheitssystemen für große Areale. Die Wahl zwischen beiden hängt stark von den tatsächlichen Arbeitsbedingungen ab. Ist der Platz begrenzt? Besteht die Gefahr von Störungen? Solche praktischen Überlegungen bestimmen oft, welche Variante für einen bestimmten Einsatzort sinnvoll ist.

Thermische Bildgebung im Vergleich zur Fotovoltaik-Erkennung

Thermografie und photovoltaische Detektion sind im Grunde zwei verschiedene Methoden, um Infrarotenergie zu erfassen, wobei jede für bestimmte Aufgaben geeignet ist. Die Thermografie funktioniert, indem sie Wärmesignaturen von Objekten aufnimmt und diese in visuelle Bilder umwandelt, die Temperaturunterschiede darstellen. Dadurch eignet sie sich besonders gut für die Überwachung von Objekten an Stellen, an denen viel Wärme entsteht, wie beispielsweise in Industrieanlagen oder bei Gebäudeinspektionen. Photovoltaische Detektion hingegen nutzt spezielle Halbleitermaterialien, die tatsächlich Strom erzeugen, sobald sie Infrarotlicht wahrnehmen. Diese Technik überzeugt in Situationen, in denen nur wenig sichtbares Licht vorhanden ist, oder bei normalem Tageslicht. In der Praxis erfüllen diese Technologien völlig unterschiedliche Aufgaben. Thermografie kommt häufig in Sicherheitssystemen und bei der Wartung von Maschinen zum Einsatz, während photovoltaische Sensoren typischerweise in Geräten zum Einsatz kommen, bei denen eine zuverlässige Funktion unabhängig von den Lichtverhältnissen erforderlich ist. Bei der Auswahl zwischen beiden Technologien analysieren Ingenieure genau, welche Aufgabe vorliegt und wie sich die Umgebung auf die Leistungsanforderungen auswirkt.

FSCW Sensorlösungen für industrielle Anwendungen

DC M3 Ultra-Mini Lasersensor (Diffusmodus)

Der Betrieb im Diffusmodus verleiht dem DC M3 Ultra Mini Laser Sensor eine bessere Genauigkeit beim Erkennen von Objekten in unmittelbarer Nähe. Diese Funktion ist besonders bei Installationen in beengten Bereichen hilfreich, bei denen jeder Millimeter zählt. Mit einer kompakten Bauform von nur M3 mal 20 mm passt dieses winzige Gerät in Bereiche, die für Standard-Sensoren normalerweise unzugänglich wären. Besonders hervorzuheben ist das optische System, das Störungen im Signal minimiert und gleichzeitig eine Spitzenleistung beibehält. Selbst bei ständig wechselnden Bedingungen können die Betreiber sich auf zuverlässige Messwerte verlassen, ohne sich über falsche Auslösungen oder nicht erkannte Objekte Sorgen machen zu müssen.

Die Messung der Schalldämpfung ist durch die Messung der Schalldämpfung durch die Messung der Schalldämpfung durch die Messung der Schalldämpfung durch die Messung durch die Messung durch die Messung durch die Messung durch die Messung durch die Messung durch die Messung durch die Messung durch die Messung durch die

Dieser ultrakompakte Sensor bietet einstellbare Sensierentfernungen von 30mm und 40mm mit einer Fleckengröße von 1,0mm. Mit LED- und Edelstahlgehäuse arbeitet er bei 10-30VDC mit einer Schaltfrequenz von 100Hz und einer Reaktionszeit von 5ms. Er wird unter IP65 geschützt für verschiedene Anwendungen.

DC M3 Durchstrahlungs-Lasersensor

Der Gleichstrom M3 Lichtschranken-Sensor kann Objekte über beeindruckende Entfernungen hinweg erkennen, bis zu 20 Metern mit guter Genauigkeit. Dadurch eignet er sich hervorragend für Anwendungen wie das Zählen von Produkten auf Montagebändern oder das Überwachen von gesperrten Bereichen. Die Installation erfordert jedoch eine sorgfältige Einrichtung, da Sender und Empfänger exakt ausgerichtet sein müssen. Ist die Ausrichtung jedoch erst einmal korrekt, liefert der Sensor selten Fehlalarme – aus diesem Grund vertrauen viele Fabriken auf diesen Sensor für kritische Erkennungsaufgaben. Wir haben diese Sensoren bereits gut in Produktionsanlagen arbeiten sehen, wo sie prüfen, ob Gegenstände vor dem Verpacken korrekt auf Förderbändern positioniert sind. Obwohl Wartung nicht kompliziert ist, planen Techniker in der Regel regelmäßige Überprüfungen ein, um sicherzustellen, dass sich die Kalibrierung im Laufe der Zeit nicht verschiebt.

DC M3 Ultra-Mini-Laser-Sensor im Strahlmodus

Dieser Sensor erreicht eine Sensierdistanz von 20 m mit einer Fleckengröße von 1,0 mm, in Edelstahl gehüllt und mit einer roten 660nm Lichtquelle ausgestattet. Er arbeitet bei 10-30VDC mit wichtigen Schutzfunktionen und einer konstanten Schaltfrequenz von 100Hz.

Anpassbare Ausgabekonfigurationen

FSCW-Sensoren verfügen über diese einstellbaren Ausgabeparameter, wodurch sie für zahlreiche industrielle Anwendungen äußerst flexibel einsetzbar sind. Die Bediener können Einstellungen wie die Empfindlichkeit des Sensors und seine Reaktionsgeschwindigkeit anpassen, um alles optimal an die Anforderungen ihrer spezifischen Anlage anzupassen. Die Tatsache, dass sich diese Sensoren auf diese Weise anpassen lassen, erhöht ihre Nützlichkeit in unterschiedlichen Fertigungsszenarien erheblich. Von komplexen Automatisierungsprozessen auf Produktionsflächen bis hin zu grundlegenden Aufgaben wie der Objekterkennung auf Förderbändern lassen sich diese Sensoren nahtlos in die meisten Systeme integrieren, ohne bei der Installation Probleme zu verursachen.

Best Practices für die Implementierung

Optimierung der Sensierungsabstandseinstellungen

Die richtige Sensorendistanz spielt eine entscheidende Rolle, um bei sich ständig ändernden Bedingungen in Fabriken präzise Erkennungen zu ermöglichen. Durch eine sorgfältige Anpassung dieser Distanzen stellen wir sicher, dass Maschinen Objekte zuverlässig erkennen, wodurch Produktionsfehler minimiert werden. Die meisten Betriebe stellen fest, dass regelmäßige Überprüfungen und Feinjustierungen dazu beitragen, die optimale Leistung der Sensoren über mehrere Monate hinweg aufrechtzuerhalten. Faktoren wie Temperaturschwankungen oder Geräte-Upgrades können selbst die fortschrittlichsten Systeme beeinträchtigen, wenn sie nicht regelmäßig kalibriert werden. Aus diesem Grund planen viele Fertigungsteams wöchentliche Wartungssitzungen ein, um kleine Probleme frühzeitig zu erkennen, bevor sie sich zu größeren Störungen entwickeln.

Minderung von Umwelteinflüssen

Staub, Nebel und Temperaturschwankungen beeinträchtigen alle die Funktionsweise der Sensoren und die Genauigkeit ihrer Messungen. Hersteller sollten in Betracht ziehen, Schutzabdeckungen für die Sensoren hinzuzufügen und Materialien auszuwählen, die widerstandsfähiger gegen extreme Umweltbedingungen sind. Ebenfalls erforderlich ist eine regelmäßige Wartung. Die meisten Anlagen führen alle paar Monate Wartungsarbeiten durch und bei Bedarf auch kurzfristige Umweltkontrollen. Solche Maßnahmen sorgen dafür, dass die Sensoren langfristig ordnungsgemäß funktionieren, anstatt nach und nach an Wirksamkeit zu verlieren, aufgrund von unerwarteter Wettereinwirkung oder Schmutzansammlungen.

Integration in Steuersysteme

Wenn Sensoren ordnungsgemäß an bestehende Steuerungssysteme angeschlossen werden, verbessern sie die Automatisierungsmöglichkeiten einer Anlage erheblich. Protokolle wie Modbus oder Ethernet/IP sorgen dafür, dass die Sensoren gut mit den Steuerungssystemen kommunizieren. Das bedeutet, dass Daten reibungslos ausgetauscht werden und alle Komponenten besser zusammenarbeiten. Gleichzeitig ist es jedoch ebenso wichtig, das Personal in der Integration dieser Systeme zu schulen. Wenn Unternehmen das Beste aus diesen Technologien herausholen wollen, müssen die Mitarbeiter den Umgang mit ihnen beherrschen. Eine angemessene Schulung führt zu höherer Effizienz und sorgt dafür, dass die Betriebsabläufe auf höchstem Niveau laufen.

Zukünftige Trends in der IR-Detektions-Technologie

Miniaturisierung im Sensor-Design

Miniaturisierung ist zu einer entscheidenden Kraft geworden, die verändert, wie Infrarotsensoren in verschiedenen Branchen hergestellt und eingesetzt werden. Sensorenhersteller treiben kontinuierlich Grenzen voran, um kleinere Geräte zu erschaffen, ohne ihre Effektivität einzubüßen. Dies ist gerade in Bereichen von großer Bedeutung, in denen Platz knapp ist, beispielsweise in medizinischen Geräten oder Automobilkomponenten. Kleinere Sensoren lassen sich besser in bestehende Maschinen integrieren und eröffnen neue Möglichkeiten für deren Einbindung. In Zukunft werden Verbesserungen bei den Fertigungsmethoden voraussichtlich zu noch kleineren Sensorgehäusen führen, die zudem über intelligentere Funktionen verfügen. Solche Entwicklungen werden wahrscheinlich den Anwendungsbereich sowie die Einsatzmöglichkeiten der Infrarotsensortechnologie in alltäglichen Situationen erweitern.

Integrationsfähigkeiten für das intelligente Werk

Je weiter wir in die Industrie 4.0 vordringen, desto verbreiteter werden intelligente Fabriken in den verschiedenen Fertigungssektoren. Diese Entwicklung unterstreicht, warum Sensoren miteinander kommunizieren und nahtlos zusammenarbeiten müssen. Infrarotsensoren spielen hier eine herausragende Rolle, indem sie kontinuierliche Datenströme erfassen und Herstellern eine bessere Übersicht über ihre Produktionslinien verschaffen. Damit diese Systeme ordnungsgemäß funktionieren, ist Zusammenarbeit erforderlich – zwischen Herstellern von Komponenten und Leitern von Produktionsstätten, die das Beste aus ihren Investitionen herausholen möchten. Sensoren sind heutzutage keine optionalen Zusatzgeräte mehr, sondern unverzichtbare Werkzeuge, die dabei helfen, Arbeitsabläufe zu automatisieren und verschiedene Bereiche der Fertigungshalle miteinander zu verknüpfen. Ohne sie wären vollständig integrierte, intelligente Fertigungskonzepte nahezu unmöglich.

Vortschritte in der Multi-Spektral-Detektion

Die Multispektraldetektionstechnologie hat in letzter Zeit im Bereich der Infrarotsensoren für Aufsehen gesorgt. Diese neuen Systeme können gleichzeitig mehrere Wellenlängen analysieren, wodurch deutlich detailliertere Informationen über die jeweilige Umgebung gesammelt werden können, in der sie eingesetzt werden. Landwirte nutzen diese Technik bereits, um die Gesundheit von Pflanzen auf ganzen Feldern zu überwachen, während Umweltwissenschaftler sie verwenden, um Veränderungen in Ökosystemen im Laufe der Zeit zu verfolgen. Besonders wertvoll an dieser Technik ist, dass sie nicht nur Zahlen liefert, sondern auch Kontextinformationen bereitstellt. Wir beobachten zudem, dass Unternehmen diese Fähigkeiten auf überraschende Weisen weiter erproben. Einige Hersteller behaupten, dass ihre neuesten Modelle subtile Temperaturunterschiede erkennen können, die herkömmliche Sensoren vollständig übersehen. Wenn die Kosten weiter sinken, könnte diese Technologie in Zukunft in ganz anderen Bereichen zum Einsatz kommen, als die meisten Menschen heute erwarten.