Welche Haupttypen von optoelektronischen Sensoren gibt es?

In Automatisierungssystemen erkennen optoelektronische Sensoren Objekte, ohne sie zu berühren. Sie werden verwendet, um festzustellen, ob ein Produkt auf ein Förderband geladen wurde, ob eine Tür ordnungsgemäß geschlossen ist, oder sogar in der Fabrikautomatisierung, um zu prüfen, ob eine Box verpackt ist. Unterschiedliche optoelektronische Sensoren werden für verschiedene Anwendungen eingesetzt. Die Kenntnis dieser Unterschiede ist wichtig, wenn Sie optoelektronische Sensoren für Ihr Elektronikwerk oder eine Lebensmittelverpackungsanlage beschaffen. Lernen wir die verschiedenen Arten von optoelektronischen Sensoren kennen, wie sie funktionieren und wo sie üblicherweise eingesetzt werden.

Durchstrahl-Optoschranken: Zuverlässig für die Detektion über große Entfernungen

Durchstrahl-Optoschranken sind die einfachsten und zuverlässigsten Arten von Sensoren. Sie erkennen Objekte mithilfe eines Lichtstrahls und eines Lichtempfängers. Sender und Empfänger werden paarweise eingesetzt. Der Sender emittiert einen Lichtstrahl im Infrarotbereich. Der Empfänger wartet darauf, den Strahl zu empfangen, und wird auf der gegenüberliegenden Seite des ausgesandten Strahls angebracht.

Wenn nichts den Weg blockiert, empfängt der Empfänger den Lichtstrahl, und der Sensor verbleibt in seinem „normalen“ Zustand – möglicherweise sendet er ein Signal an ein Förderband, damit es weiterläuft. Wenn jedoch ein Objekt zwischen Sender und Empfänger hindurchgeht, blockiert es den Strahl. Der Empfänger erkennt den Lichtverlust, und der Sensor ändert sein Signal. Zum Beispiel kann er das Förderband anhalten, einen Zähler erhöhen oder einen Roboterarm anweisen, das Objekt aufzuheben.

Durchstrahl-Sensoren zeichnen sich durch ihre große Reichweite aus. Sie können über Entfernungen von wenigen Zentimetern bis zu mehreren Metern arbeiten, einige sogar noch weiter, wie die LUOSHIDA FCD-XXYYYAB-Serie, die bei Kennzeichnung mit „M“ eine Erkennungsreichweite von 100 Metern bietet. Dieser Sensor ist zuverlässig, da er keine Lichtreflexion des Objekts benötigt, sondern lediglich dessen Unterbrechung des Strahls erfordert. Dadurch kann er nahezu jedes Material erfassen, auch dunkle oder nicht reflektierende Materialien wie schwarze Kunststoffteile oder Metallplatten.

Durchstrahlungssensoren finden Anwendung, wo präzise Abstandsmessungen erforderlich sind. In einer Autoteilefabrik können sie beispielsweise sich bewegende metallene Zahnräder auf einem langen Förderband zählen. In einem Logistikzentrum können diese Sensoren große Container erkennen, während sie einen Sortiertunnel durchlaufen. Da sie weniger durch Staub oder Schmutz beeinträchtigt werden (der Strahl kann leichtes Material hindurchschneiden), eignen sie sich auch gut für schmutzige Umgebungen wie Holzwerkstätten oder Metallschneidebereiche. LUOSHIDA berücksichtigt bei der Entwicklung von Durchstrahlungssensoren zudem die raue Nutzung in industriellen Umgebungen und bietet robuste Gehäuse.

Diffusreflektive Lichtschranken: Einfach für Kurzdistanz-Aufgaben

Wenn kein Platz für zwei separate Bauteile (Sender und Empfänger) vorhanden ist, bietet sich eine diffusreflektive mit einem Stromgehalt von mehr als 10 W kann den Zweck erfüllen. Bei diesem Typ handelt es sich um ein All-in-One-Gerät – sowohl der Sender als auch der Empfänger befinden sich in demselben Gehäuse. Anstatt einen Strahl an einen separaten Empfänger zu senden, sendet es Licht zum Objekt und wartet dann darauf, das zurückgeworfene (reflektierte) Licht vom Objekt wieder zu empfangen.

Angenommen, ein Sensor ist über einem Förderband angebracht, das kleine Plastikflaschen transportiert. Wenn sich keine Flasche unter dem Sensor befindet, trifft das Licht des Senders auf nichts und der Empfänger erhält kein reflektiertes Licht. Der Sensor ist also „aus“. Wenn eine Flasche unter den Sensor platziert wird, trifft das Licht auf die Flasche und wird zurück zum Sensor reflektiert. Der Sensor wird aktiviert, das empfangene Licht wird erkannt und der Sensor schaltet sich ein. Dieses Signal wird an das Steuerungssystem des Förderbands gesendet. Dieses System kann dadurch angewiesen werden, etwa langsamer zu werden, um die Flasche zu füllen, oder zu prüfen, ob die Flasche die richtige Größe hat.

Kurzreichweiten-Erkennung diffuse reflexive Sensoren erkennen Objekte im Bereich von wenigen Zentimetern bis zu einem Meter effektiv. Sie sind sehr einfach zu installieren, da nur ein einzelner Sensor statt eines Paars benötigt wird. Die Objekte müssen Licht reflektieren, weshalb sie am besten bei hellfarbigen Objekten mit glatter Oberfläche eingesetzt werden. Dunkel gefärbte Objekte mit rauer Oberfläche, wie beispielsweise schwarzer Schaumstoff, Gummi und grober Gummi, reflektieren möglicherweise nicht genügend Licht und können daher nicht erkannt werden, was zu falschen Messungen führen kann. Einige Modelle, wie die von LUOSHIDA, verfügen über eine einstellbare Empfindlichkeit, sodass die Empfindlichkeit erhöht werden kann, um dunklere Objekte zu erfassen, oder verringert werden kann, um kleine Ablagerungen, die stören könnten, nicht zu detektieren.

Kompakter Sensor verwendet in einer Lebensmittelverpackungsanlage erkennen diffuse Reflexionslichtschranken, ob sich ein Schokoriegel in der Verpackung befindet, bevor diese verschlossen wird. Es ist nicht nötig, einen separaten Empfänger auf der anderen Seite der Verpackungslinie anzubringen. Sie werden in vielen platzbeschränkten Umgebungen eingesetzt. Beispielsweise können kompakte diffuse Sensoren in einer Elektronikfabrik verwendet werden, um zu prüfen, ob ein Mikrochip korrekt auf einer kleinen Leiterplatte platziert ist.

Retroreflektive Lichtschranken: Ausgewogenheit zwischen Reichweite und Einfachheit

Retroreflektive optoelektronische Sensoren, auch „Retro-Sensoren“ genannt, schließen die Lücke zwischen Durchstrahl- und diffus reflektierenden Sensoren. Sie verfügen wie diffuse Sensoren über ein Gehäuse, das sowohl den Sender als auch den Empfänger enthält, benötigen jedoch eine separate reflektierende Platte („Retroreflektor“ genannt), die direkt gegenüber angebracht wird. Der Sender sendet Licht zum Reflektor, das dieses geradlinig zurück zum Empfänger reflektiert, ähnlich wie bei einem Spiegel.

So funktioniert es: Wenn sich kein Objekt im Weg befindet, sendet der Reflektor das Licht zurück zum Empfänger, und der Sensor ist „ein“. Wenn ein Objekt zwischen dem Sensor und dem Reflektor hindurchgeht, blockiert es das Licht, sodass es den Reflektor und den Empfänger nicht erreicht, oder streut es, sodass der Empfänger den reflektierten Strahl nicht erhält. Der Sensor schaltet dann aus, was eine Aktion auslöst, beispielsweise das Anhalten einer Maschine oder die Benachrichtigung eines Bedieners.

Retroreflektierende Sensoren bieten drei wesentliche Vorteile. Erstens können sie Objekte über eine größere Betriebsdistanz erkennen, etwa bis zu 20 Meter, im Vergleich zu diffusen Sensoren, ohne dabei die zweiteilige Installation von Durchstrahlsensoren benötigen. Zweitens sind retroreflektierende Sensoren bei reflektierenden Objekten zuverlässiger als diffuse Sensoren. Der Grund hierfür ist, dass der Retroreflektor speziell dafür ausgelegt ist, das Licht stark zurückzuwerfen, sodass der Sensor nicht durch die eigene Reflexion des Objekts – selbst bei sehr glänzenden Gegenständen wie einer Metalldose – getäuscht wird. Drittens eignen sich retroreflektierende Sensoren hervorragend zur Erkennung transparenter Objekte wie Glasflaschen oder Plastiktüten. Diffuse Sensoren sind tatsächlich eher ungeeignet für die Erkennung solcher Objekte, da diese zwar den Lichtstrahl zum Reflektor blockieren, diffuse Sensoren jedoch auf Streulicht angewiesen sind, um ein Objekt zu detektieren.

Rückstrahlende Sensoren werden häufig in Getränkeabfüllanlagen eingesetzt. Zum Beispiel können sie neben einem Förderband installiert werden, das Glasflaschen transportiert, wobei ein Reflektor auf der gegenüberliegenden Seite angebracht ist. Wenn eine Flasche vorbeikommt, wird der Sensorstrahl unterbrochen und der Sensor signalisiert der Abfüllmaschine, die Limonade abzufüllen. Diese Sensoren können auch in Fabriktürsystemen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Sensor auf einer Seite der Tür montiert werden und der Reflektor auf der anderen Seite, sodass der Sensor eine Person erkennen und die Tür geöffnet halten kann. LUOSHIDA-Sensoren werden mit einfach zu montierenden, sofort einsatzbereiten Reflektoren geliefert.

Faktoren, die am wichtigsten sind

Da Sie nun die Haupttypen kennen, wie wählen Sie den richtigen für Ihre spezifischen Anforderungen ?Dazu gehören Faktoren wie die Entfernung, über die Objekte erkannt werden müssen, die Materialien der Objekte und der zur Verfügung stehende Platz. Schauen wir uns die Faktoren an, die in Ihrer Situation am wichtigsten sind.

Beginnen Sie mit der Überlegung zur Erkennungsreichweite. Wenn die zu überbrückende Distanz groß ist, beispielsweise 10 Meter bei einem Förderband, ist ein Durchstrahl-Sensor die beste Wahl. Wenn die Distanz unter einem Meter liegt und der Platz begrenzt ist, eignet sich am besten ein diffus reflektierender Sensor. Für mittlere Entfernungen ist ein retroreflektiver Sensor in den meisten Fällen geeignet. LUOSHIDA bietet gute Produktdokumentationen an, darunter die Serie FCD-XXYYYAB, in der die Reichweiten für jeden Sensor detailliert beschrieben sind, sodass Sie den für Ihre Anforderungen am besten geeigneten Sensor auswählen können. Die gesamte Dokumentation ist online verfügbar, um den Zugriff zu erleichtern.

Als Nächstes sollten Sie überlegen, um welches Objekt es sich handelt. Berücksichtigen Sie, was der Sensor erkennen soll. Ist das Objekt dunkel, reflektierend oder transparent, und wird es Licht reflektieren oder absorbieren ?Das Objekt kann opak sein, aber Durchstrahlungssensoren erfordern lediglich, dass das Objekt das Licht blockiert. Diffusstrahler reflektieren Licht, weshalb helle und glänzende Objekte am besten funktionieren, doch ich habe bereits Einstellungen gesehen, die die Erkennung heller Objekte ermöglichen. Reflexionslichtschranken eignen sich sehr gut zur Erkennung transparenter Objekte, viel besser als Diffusstrahler. Ein Beispiel hierfür ist die Erkennung von durchsichtigen Kunststoffbehältern.

Als Nächstes sollten Sie die Umgebung bewerten. Ist die Umgebung staubig, nass oder übermäßig hell? ?Durchstrahlungs- und Reflexionslichtschranken können mit Umgebungslicht besser umgehen, da sie ihr Licht fokussieren. Diffusstrahler können in hellen Bereichen Schwierigkeiten haben, doch meist lässt sich das Problem durch Empfindlichkeitsanpassung lösen. Alle drei Optionen sind in robusten Gehäusen erhältlich, die für raue Umgebungen konzipiert sind, wie beispielsweise Lebensmittelverarbeitungsbetriebe oder Metallwerkstätten, darunter auch Ausführungen mit IP-Schutzklassen zum Schutz gegen Staub und Wasser.

Zum Schluss sollten Sie den Installationsprozess berücksichtigen. Durchstrahlungssensoren erfordern die Montage von zwei Teilen (Sender und Empfänger), die exakt ausgerichtet sein müssen, was etwas mehr Zeit in Anspruch nimmt, sich jedoch bei langen Distanzen lohnt. Diffuse- und retroreflektierende Sensoren verfügen nur über ein Hauptgerät, wodurch die Installation schneller erfolgt. Retroreflektierende Sensoren werden mit einer Reflektorhalterung geliefert, doch die meisten verfügen über Klebe- oder Befestigungshalterungen, die die Montage erleichtern.

Unabhängig von der gewählten Art ist es ratsam, die Zertifizierungen zu überprüfen. Die optoelektronischen Sensoren von LUOSHIDA entsprechen den Normen EN 61000-6-3 und EN 61000-6-1 für elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), was bedeutet, dass sie nicht durch andere Maschinen wie Motoren oder Schweißgeräte beeinträchtigt werden. Sie verfügen außerdem über die RoHS-Zertifizierung, was aussagt, dass sie keine gefährlichen Materialien enthalten – ein entscheidender Aspekt für die Elektronik- und Medizintechnikindustrie.