Abbildung von Miniaturesensoren von Baumer als Rockband

Die O200-Sensoren von Baumer in der Live-Performance als Rockband (Quelle: Baumer)

Innovative Wege beschreitet Baumer bei seiner neuen O200-Reihe optischer Sensoren auch im Promotionskonzept: Als kleine Rockband sind die einzelnen Mitglieder der Sensorfamilie bereits auf der SPS IPC Drives 2018 aufgetreten. Nun touren sie durch Deutschland: Der Rockstar, der Virtuose, der Digitale, der Tiefgründige und der Durchdringende. In einer Live-Performace demonstrieren sie ihre jeweiligen Eigenschaften. Dabei bezieht sich das Motto „Beyond the Standard“ auf die vier Eigenschaften Reliability, Usability, Connectivity und Kompaktheit.

Reliable dank Fremdlichtsicherheit

„Reliability Beyond Standard“ wird bei den neuen O200-Sensoren beispielsweise dadurch gewährleistet, dass sie hohe Fremdlichtsicherheit mitbringen und auch glänzende, ul­tra­schwarze, kleine oder transparente Objekte problemlos ­detektieren können – je nach Modell auch ohne Reflektor.

„Fremdlichtsicherheit ist eine der aktuellen Herausforderungen für optische Sensoren im Fertigungsumfeld“, weiß Markus ­Imbach, Senior Product Manager Sensor Solutions bei der Baumer Electric AG. Als weitere zählt er den immer geringer werdenden Bauraum, transparente, reflektierende und ­ultraschwarze Oberflächen sowie LED-Beleuchtung in den Fertigungshallen auf. „Nehmen wir die LED-Beleuchtung: LED-Leuchten, etwa als Deckenbeleuchtung oder im Belichtungssystem von Kameras, sind hoch effizient und leuchtstark. Deshalb finden sie zunehmend Verbreitung“, erklärt er weiter. Als Nachteil mit Blick auf die optischen Sensoren nennt er: „LED-Leuchtmittel werden typischerweise mit sehr viel höheren Frequenzen im Bereich von 50 kHz bis 150 kHz moduliert und weisen je nach Vorschaltgerät unterschiedliche Eigenschaften, wie Ripple, Mittenfrequenz, Frequenzänderung und Signalform, auf. Dadurch stellen sie potenzielle Störquellen für Lichtschranken und Lichttaster dar.“ Diese senden Lichtpulse im Mikrosekundenbereich mit Repeti­tionsraten von 10 kHz bis 30 kHz aus. Bei einer Unterabtastung des Störsignals durch den Sensor kann es somit zu ­niederfrequenten Störsignalen und dadurch zu Fehlschaltungen kommen, da diese Störsignale nicht innerhalb der Messzykluszeit kompensiert werden können.

Als Abhilfe nennt er: „Wir haben unsere O200-Sensoren mit einem speziellen Fremdlichtalgorithmus ausgestattet, der – unabhängig von der Lichtsituation – für hohe Detektionssicherheit sorgt.“ Zu Beginn eines jeden Messzyk­lus erkennen die Sensoren Störlichtquellen durch schnell ­getaktete Hell-Dunkel-Messungen. „Die durch den Fremdlichtalgorithmus identi­fizierten Störquellen werden unterdrückt und das optimale Frequenzspektrum ausgewählt. Dank einer kontinuierlichen Bewertung des Spektrums passt sich der Sensor automatisch an Änderungen in der Umgebungsbeleuchtung an. Zusammen mit einer hochpräzisen Optik und einer leistungsfähigen Elek­tronik sorgt dies für eine gleich bleibend hohe Messgeschwindigkeit mit einer kurzen Ansprechzeit von 0,5 ms“, so der Produktmanager.

Neben der Beleuchtung führen auch andere Sensoren oder ­indirekte Reflexionen, etwa durch glänzende Maschinenteile, zu Störeinflüssen. Diese verlangsamen die Messzyk­len bei vielen optoelektronischen Sensoren. „Und dann gibt es noch die Objekte mit einer tiefschwarzen oder glänzenden Oberfläche sowie transparente Objekte“, berichtet M. Imbach. Die physikalischen Eigenschaften, wie Remission, Absorption und Transmission, dieser Objekte bereiten Sensoren beim Umwandeln der Lichtstrahlen in elektrische Signale Schwierigkeiten, da zu wenig Licht für eine zu­verlässige Signalauswertung zurück zum Sensor gelangt. „Dieser Herausforderung begegnen wir mit einer speziellen V-Optik: Durch einen V-förmigen Lichtstrahl gelangt mehr reflektiertes Licht zurück zum Sensor. Das ist für Applikationen, in denen glänzende oder transparente Objekte erkannt werden müssen, eine gewinnbringende Eigenschaft“, verdeutlicht der Experte.

Zur Erkennung von ultraschwarzen Objekten wurden die  O200 mit erweiterten Funktionsreserven ausgestattet. „Dadurch sind sie in der Lage, selbst Objekte mit nur 1 % Reflektivität zu erkennen“, sagt M. Imbach und schließt an: „Bei unseren ,Best of Class‘-Reflexions-Lichttastern mit Hintergrundausblendung gibt es quasi keine Einbussen mehr bezüglich der Reichweite bei der Detektion ultraschwarzer Objekte.“ Konkret gibt er eine Reichweite von bis zu 120 mm auch auf schwarze Objekte an. Zusätzlich verweist er auf die kurzen Ansprechzeiten von <0,25 ms im High-Speed-Modus. „Prinzipiell bieten wir drei Modi an: Standard, High Speed und High Power. Im Standard-Modus beträgt die Ansprechzeit 0,5 ms. Sie gilt als Standardeinstellung mit hervorragender Leistung bei höchster Fremdlichtsicherheit. „Für schnelle, dynamische Prozesse ist der High-Speed-Modus die richtige Wahl. Mit diesem wird die gleiche Abtastleistung wie im Standardmodus erreicht, jedoch mit reduzierter Fremdlichtsicherheit“, verdeutlicht der Experte. „Geht es darum, eine noch größere Reichweite auch bei glänzenden und ultraschwarzen Objekten, wie sie in Robotikapplikationen oft vorkommen, abzudecken, ist der High-Power-Modus das Mittel der Wahl“, so M. Imbach. Mit diesem wird eine Verdoppelung der überschüssigen Verstärkung im Vergleich zum Standardmodus erreicht. Außerdem führt ein besseres Sig­nal-Rausch-Verhältnis zu einer reduzierten Hysterese.

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