Wie funktionieren Kontrastsensoren?
Kontrastsensoren sind optoelektronische Sensoren, die nach dem Prinzip eines Reflextasters funktionieren: Ausgesendetes Licht wird vom Objekt reflektiert und wiederaufgenommen und ausgewertet. Kontrastsensoren dienen der Erkennung von Markierungen auf Basis von Kontrastunterschieden. Sie zeichnen sich durch hohe Schaltgeschwindigkeiten und geringen Jitter aus. Für eine bestmögliche Detektion stehen unterschiedliche Technologien der Kontrasterkennung zur Auswahl:
- Laserrotlicht + monochrome Fotodiode
- Weißlicht + monochrome Fotodiode
- Weißlicht + RGB-Fotodiode
Was ist der Unterschied zwischen Licht und Laserlicht?
Licht besteht aus für das menschliche Auge sichtbarer elektromagnetischer Strahlung, die sich in verschiedenen Wellenlängenbereichen ausbreitet, wenn sie von einer Lichtquelle emittiert wird. Laserlicht entsteht, indem durch stimulierte Emission Licht verstärkt wird, also gleichgerichtete Lichtwellen in hoher Konzentration zu einem Strahl gebündelt werden.
Was ist ein Farbraum und welcher ist für Sensoren besonders relevant?
Ein Farbraum ist ein definiertes Farbkoordinatensystem, das dazu dient, Farben zu systematisieren und zu standardisieren. So wird die Menge der Farben und die Methode zur Farbdarstellung festgelegt. In einem Farbraum werden Farben durch Koordinaten beschrieben, deren Achsen verschiedene Farbeigenschaften repräsentieren, wie beispielsweise Farbintensität, Helligkeit, Farbton oder Sättigung. Für die Industrie sind der RGB- und der CMYK-Farbraum besonders relevant. Für Sensoren wird der RGB-Farbraum verwendet, da sie Farbinformationen in Form von roten, grünen und blauen Farbkanälen erfassen.
RGB-Farbraum
RGB verwendet Licht, um Farben durch die Kombination aus Rot, Grün und Blau zu erzeugen.
CMYK-Farbraum
Der CMYK-Farbraum wird vor allem beim Druck verwendet und erzeugt Farben mit Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz.
Was ist weißes Licht, basierend auf dem RGB-Farbraum?
Das RBG-Farbmodell arbeitet als additive Farbmischung. Durch das Zusammenmischen von rotem, grünem und blauem Licht entsteht weißes Licht. Schwarz ergibt sich bei der Abwesenheit von Licht jeglicher Wellenlänge.
Welche Reflexionseigenschaften haben farbige Oberflächen?
Technologien von Kontrastsensoren
Wie funktionieren Kontrastsensoren mit Weißlicht?
Kontrastsensoren mit Weißlicht-LED senden weißes Licht in Form eines rechteckigen Lichtflecks aus, das von der Oberfläche zurück zum Empfänger des Sensors reflektiert wird, der dieses Licht dann auswertet.
Empfänger mit RGB-Fotodiode (P1PWxxx)
Der Empfänger besteht aus drei Bereichen, die dem RGB-Farbraum entsprechen. Je nach Farbe der Kontrastmarke wird das Licht gemäß den Reflexionseigenschaften an den Empfänger zurück reflektiert und basierend auf den drei Kanälen ausgewertet.
Empfänger mit monochromer Fotodiode (WM03xxx)
Die Fotodiode des Empfängers besteht aus einer einzigen durchgängigen Fläche. Je nach Farbe der Kontrastmarke wird entsprechend den Reflexionseigenschaften das Licht an den Empfänger zurück reflektiert. Der Empfänger wertet die empfangene Helligkeit aus und sortiert sie in einer Grauskala ein.
Wie funktionieren Kontrastsensoren mit Laserlicht?
Kontrastsensoren mit Laserlicht senden einen punktuellen roten Laserlichtfleck aus, dessen Reflexion vom Empfänger ausgewertet wird. Der Empfänger arbeitet mit einer Monochrom-Fotodiode. Es gibt Kontrastsensoren mit Laserlicht in einer digitalen und in einer analogen Version:
- Digitale Version (YM24PAH, YP11VAH): Die Schaltschwelle wird auf eine bestimmte Helligkeitsstufe eingestellt. Dieser Helligkeitswert wird dann mit der vom Objekt reflektierten Lichtmenge verglichen.
- Analoge Version (YP11MGV): Der analoge Ausgang gibt proportional zur Helligkeit eine Spannung aus. Je heller das Objekt, umso höher ist die Ausgangsspannung.
Technologievergleich der Kontrastsensoren mit Laserlicht und LED-Weißlicht
Anwendungen mit Kontrastsensoren
Branchen für den bevorzugten Einsatz von Kontrastsensoren mit Weißlicht-LED
Verpackungsindustrie
In der Verpackungsindustrie kommen Kontrastsensoren mit LED-Weißlicht zur Druckmarkenerkennung zum Einsatz.
Lebensmittelindustrie
Kontrastsensoren mit LED-Weißlicht werden in der Lebensmittelindustrie zur Detektion von Druckmarken eingesetzt.
Druckindustrie
Kontrastsensoren mit Weißlicht-LED detektieren verschiedenste Druckmarken in der Druckindustrie.
Branchen für den bevorzugten Einsatz von Kontrastsensoren mit Laserlicht
Automobilindustrie
Kontrastsensoren mit Laserlicht werden in der Automobilindustrie zur Kontrasterkennung eingesetzt.
Kunststoffindustrie
In der Kunststoffindustrie kommen Kontrastsensoren mit Laserlicht zur Kontrasterkennung zum Einsatz.
Wie funktioniert das Einlernen der Kontrastsensoren auf die Anwendung?
Bei Kontrastsensoren mit Laserlicht erfolgt die Einstellung per Potentiometer. Das heißt, dass der Schwellwert manuell eingestellt wird.
Die Kontrastsensoren mit Weißlicht-LED werden durch Tastendruck eingelernt, indem der Sensor per Teach-in-Taste automatisch die Schaltschwelle berechnet. Hierfür stehen zwei verschiedene Teach-Modi zur Verfügung:- Zweipunkt-Teach-in: Beim Zweipunkt-Teach-in wird in einem Teach-in-Vorgang auf das Objekt, also die Marke, und in einem weiteren Teach-in-Vorgang auf den Hintergrund eingelernt. Zwischen den beiden ermittelten und gespeicherten Messwerten errechnet der Sensor den Schaltpunkt so, dass er zwischen den beiden Teach-in-Punkten liegt.
- Dynamischer Teach-in: Beim dynamischen Teach-in wird der Sensor in einen Aufzeichnungsmodus versetzt, der das automatische Teach-in ermöglicht. In diesem Modus werden Messwerte aufgezeichnet. Nach Beendigung des Aufzeichnungsmodus wird ein Schaltpunkt zwischen den minimalen und maximalen Messwerten errechnet.
