Interview mit Bernhard Furrer und Markus Imbach

Welches sind aus Ihrer Sicht die wichtigsten Punkte, die es bei der Auswahl eines optischen Sensors zu beachten gilt?

M. Imbach: Am Anfang stehen die Fragen: Welche Aufgabe hat der Sensor zu lösen? Was muss an welcher Stelle mit welcher Genauigkeit detektiert werden? Die Antworten bestimmen im Wesentlichen, welches Sensorprinzip, wie etwa Lichtschranke oder Lichttaster, mit all ihren heute erhältlichen Lichtquellen und Strahlgeometrien am besten geeignet ist.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Materialisierung des Gegenstands. Ist dieser transparent oder lichtundurchlässig? Als nächstes sind die Oberflächenbeschaffenheit und die Geometrie eines Objekts zu beachten. Das Detektieren einer Bohrerspitzestellt andere Anforderungen an die Sensorikals das einer Leiterplatte. Daher sollten zunächst immer diese Punkte geklärt werden, um dann anhand dieser das richtige Sensorprinzip zu wählen.

Wie erkennen optische Sensoren transparente Gegenstände, wo diese doch lichtdurchlässig sind?

M. Imbach: Das ist das Problem Nummer eins bei Sensoraufgaben mit transparenten Werkstoffen: Der Lichtstrahl wird nahe zu ungehindert durch den Werkstoff transmittiert und von diesem kaum reflektiert. Mit diesem wenigen Licht, das an der Oberfläche reflektiert wird, muss der Sensor aber arbeiten können. Daher versuchen wir, die physikalischen Grenzen auszureizen, indem wir Systeme entwickeln, die selbst mit äußert geringem Licht Objekte zuverlässig erkennen können.

Um den unterschiedlichen Anforderungen an die Detektion von verschiedenen transparenten Gegenständen, zum Beispiel Glasflaschen oder Plastiktrays, aus den verschiedenen Branchen Rechnung zu tragen, haben wir ein spezifisches Portfolio von optischen Sensoren entwickelt. Dieses umfasst unter anderem Optiken und Lichtquellen sowie Algorithmen zur Detektion von transparenten Objekten (Bild 4).

Bitte geben Sie noch etwas genauere Einblicke in die Sensorprinzipien, von denen schon mehrfach gesprochen wurde.

B. Furrer: Von der Einweglichtschranke über Lichtschranken mit Reflektoren bis hin zu den Reflexionslichttastern, die mit der Eigenremission des Objekts arbeiten, gibt es unterschiedliche Prinzipien. In den letzten Jahren haben die Reflexionslichttaster eine führende Position eingenommen, da diese heute in der Lage sind, nahezu alle Objekte in einem präzise einstellbaren Bereich sehr genau zu erfassen. Dabei befinden sich die Sendeeinheit (LED oder Laser) und die Empfängereinheit im selben Gehäuse. Das ausgesendete Licht wird vom Objekt remittiert und ein kleiner Teil des zurückgesendeten Lichts wird von der Empfangseinheit des Sensors erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die nachgelagerte Auswerteeinheit wertet neben der genügenden Lichtmenge unter anderem auch die Distanz des Objekts zum Sensor aus und kann so zweifelsfrei erkennen, ob es sich um das Zielobjekt handelt.

Aktuelle Sensoren arbeiten mit auf den Anwendungszweck abgestimmten Sende-und Empfangseinheiten, sehr leistungsfähigen Mikrocontrollern und Asic, die zusammen die eigentliche Engine des Sensors sind und auch die Kommunikation zu Steuerung sowie Datenverarbeitungseinheit übernehmen. Baumer [1] ist hier seit Jahren mit eigenen, stetig weiterentwickelten, extrem leistungsfähigen Asic unterwegs.