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Technologie der faseroptischen Sensoren von wenglor

Technologie der faseroptischen Sensoren

Fa­se­rop­tische Sen­so­ren er­fas­sen Ob­jekte und Zustände, indem sie Licht auf ein Prüfobjekt lei­ten und die Intensitätsänderung des zurückkehrenden Lichts aus­wer­ten. Sie können sehr kleine Gegenstände er­ken­nen, sind be­son­ders flexi­bel zu mon­tie­ren und äußerst widerstandfähig in rauen Um­ge­bun­gen – selbst bei hohen Tem­pe­ra­tu­ren, Feuch­tig­keit oder nas­sen Me­dien. 
Definition
Technologievergleich
Lichtleiter-Verstärker
Lichtleiter
Funktionsprinzipien
Lichtleiterköpfe
Montage
Branchen

Was sind fa­se­rop­tische Sen­so­ren?

Fa­se­rop­tische Sen­so­ren nut­zen die phy­si­ka­li­schen Ei­gen­schaf­ten von Licht bei der Übertragung über Licht­lei­ter aus Glas­fa­ser oder Kunsts­toff, um Ob­jekte zu de­tek­tie­ren. Sie bes­te­hen aus einem Lichtleiter-​Verstärker sowie Licht­lei­tern mit oder ohne Optik. Der Lichtleiter-​Verstärker bein­hal­tet die Licht­quelle und das Emp­fang­se­le­ment sowie die Ve­rar­bei­tungs­ein­heit des Sen­sors. Die Licht­lei­ter sind ausschließlich dazu da, um Licht zu sen­den und zu emp­fan­gen. Da Licht­wel­len­lei­ter keine elek­tro­ni­schen Kom­po­nen­ten en­thal­ten, ei­gnen sich fa­se­rop­tische Sen­so­ren ins­be­son­dere für An­wen­dun­gen in beeng­ten Räumen, in ans­pruchs­vol­len Um­ge­bun­gen oder dort, wo an­dere Sen­so­ren nicht ein­ge­setzt wer­den können.

   

Wie funk­tio­nie­ren fa­se­rop­tische Sen­so­ren?

Grundsätzlich mes­sen fa­se­rop­tische Sen­so­ren ver­schie­dene Lichtgrößen wie Wellenlänge und Intensität, um da­raus an­dere Mess­werte ab­zu­lei­ten. In der in­dus­triel­len Au­to­ma­ti­sie­rung wird oft das ener­ge­tische Prin­zip ge­nutzt. Dabei kop­pelt der Sen­der, meist eine LED-​Lichtquelle, Licht in einen Licht­lei­ter. Am Ende des Licht­lei­ters tritt das Licht aus und trifft ent­we­der auf ein Ob­jekt, das es zurückreflektiert (Tast- / Re­flexions­prin­zip), oder es wird di­rekt von einem Empfänger er­fasst (Einwegschranken-​Prinzip). Das zurückgesendete Licht wird anschließend zur Aus­wer­teein­heit ge­lei­tet, wo eine Pho­to­diode die emp­fan­gene Licht­menge misst. Die Elek­tro­nik ver­gleicht diese Licht­menge ständig mit einem fest­ge­leg­ten Schwell­wert und schal­tet den Aus­gang des Sen­sors ents­pre­chend.

Was sind die Vor­teile von fa­se­rop­ti­schen Sen­so­ren?

Flexible Installation von faseroptischen Sensoren

Flexible Ins­tal­la­tion

Fa­se­rop­tische Sen­so­ren sind äußerst kom­pakt und ei­gnen sich ideal für die Mon­tage in beeng­ten In­dus­trieum­ge­bun­gen. Zudem sind durch die hohe Flexibilität und die ge­ringe Dämpfung der Licht­lei­ter auch größere Übertragungsstrecken möglich.
Flexible Installation von faseroptischen Sensoren

Hohe Be­triebs­si­che­rheit

Fa­se­rop­tische Sen­so­ren sind ex­trem widerstandsfähig und gewährleisten eine zuverlässige Leis­tung selbst unter rauen Um­ge­bung­sbe­din­gun­gen wie hohen Tem­pe­ra­tu­ren, Feuch­tig­keit und ag­gres­si­ven Me­dien wie Kühlschmierstoffen oder Rei­ni­gung­smit­teln. 
Flexible Installation von faseroptischen Sensoren

Elek­tro­ma­gne­tische Verträglichkeit

In Licht­leit­ka­beln er­folgt die Signalübertragung rein op­tisch, wo­durch He­raus­for­de­run­gen, die im Zu­sam­men­hang mit EMV auf­tre­ten, bei fa­se­rop­ti­schen Sen­so­ren keine Rolle spie­len. Zudem sind sie äußerst unemp­find­lich gegenüber elek­tro­ma­gne­ti­schen Störungen.

Lichtleiter vs. kleine Photoelektrik: Die Technologien im Überblick

 
Licht­lei­ter Kleine Pho­toe­lek­trik
Mess­reich­weite
 
Um­ge­bung­stem­pe­ra­tur
 
Mon­ta­geauf­wand
Er­ken­nung trans­pa­ren­ter Ob­jekte
 
Kleinst­tei­ler­ken­nung
Flexibilität und In­di­vi­dua­li­sie­rung
 

Was sind Lichtleiter-​Verstärker?

Lichtleiter-​Verstärker, auch als op­tische Verstärker be­kannt, sind Kom­po­nen­ten, die Si­gnale in op­ti­schen Kom­mu­ni­ka­tions­sys­te­men verstärken und eine zen­trale Rolle in der Glas­fa­ser­kom­mu­ni­ka­tion spie­len. Hier erhöhen sie die Übertragungsreichweite.

Im Kon­text der in­dus­triel­len Au­to­ma­tion sind Lichtleiter-​Verstärker Sen­so­ren, die Licht­wel­len­lei­ter wie Glas­fa­sern oder Kunsts­tof­flicht­lei­ter nut­zen, um ver­schie­dene phy­si­ka­lische Größen wie Druck, Tem­pe­ra­tur, Deh­nung sowie die An­we­sen­heit oder Po­si­tion von Ob­jek­ten zu mes­sen. Sie nut­zen die Fähigkeit der Licht­wel­len­lei­ter, Licht zu übertragen, und er­fas­sen dabei Veränderungen im Spek­trum oder in der Licht­menge.


Was vers­teht man unter Multi Unit?

Feldbus Topologie Multi Unit
Ein Sen­sor­ver­bund, auch Multi Unit ge­nannt, bes­teht aus meh­re­ren Sen­so­ren, die di­rekt un­te­rei­nan­der kom­mu­ni­zie­ren können. Hier­bei beeinträchtigen sich die ein­zel­nen Sen­so­ren nicht ge­gen­sei­tig, selbst wenn sie sich in un­mit­tel­ba­rer Nähe be­fin­den oder sich gegenüberliegen und das selbe Ob­jekt ins­pi­zie­ren. Dies ermöglicht eine ef­fi­ziente Koor­di­na­tion und Zu­sam­me­nar­beit zwi­schen den Sen­so­ren. Zudem wird durch den Sen­sor­ver­bund Ver­ka­be­lung­sauf­wand mi­ni­miert, da le­di­glich ein Kabel für die Ver­bin­dung zum IO-​Link-Master benötigt wird. Die Übertragung der Si­gnal­pe­gel und Schaltkanäle aller an­ges­chlos­se­nen Sen­so­ren er­folgt dabei über die IO-​Link-Prozessdaten, über ein An­schluss­ka­bel und einen Port am IO-​Link-Master. Dies op­ti­miert die Datenübertragung re­du­ziert den Verkabelungs-​ und Ins­tal­la­tion­sauf­wand erhe­blich.
Ausrichtungsmodus Lichtleiter-Verstärker P1XD

Was ist der Aus­rich­tungs­mo­dus?

Für eine zuverlässige Ob­jek­ter­ken­nung müssen Licht­lei­ter exakt auf das Ziel aus­ge­rich­tet wer­den. Ins­be­son­dere beim Ein­satz des Schran­ken­prin­zips soll­ten Sen­der und Empfänger möglichst genau axial zuei­nan­der po­si­tio­niert sein. Da die Verstärker-​ oder Aus­wer­teein­heit häufig im Schalt­schrank oder außerhalb des Sicht­be­reichs ins­tal­liert ist, er­folgt die Ein­rich­tung oft nach Sicht und Einschätzung der Be­die­ner. Der Aus­rich­tungs­mo­dus vi­sua­li­siert die Signalstärke durch ein Pul­sie­ren des Sen­de­lichts. Ähnlich wie bei Park­sen­so­ren im Auto nimmt die Puls­fre­quenz zu, je stärker das emp­fan­gene Si­gnal ist. Der Sen­sor­kopf wird so lange in Win­kel und Achse jus­tiert, bis die op­ti­male Aus­rich­tung mit dem maxi­ma­len Si­gnal er­reicht ist. Da­durch kann die Ein­rich­tung auch bei größeren Ent­fer­nun­gen zwi­schen Sen­der und Empfänger ef­fi­zient und präzise er­fol­gen.

Wofür braucht man einen Hut­schie­ne­na­dap­ter?

Die Verstärker-​Einheit wird üblicherweise auf stan­dar­di­sier­ten DIN-​Rails, auch Hut­schie­nen ge­nannt, mon­tiert. Die Ins­tal­la­tion er­folgt werk­zeu­glos, indem die Verstärker ein­fach und zeits­pa­rend auf der Schiene ein­ge­ras­tet wer­den. Bei der Ver­wen­dung des Multi-​Unit-Betriebs können da­durch meh­rere Lichtleiter-​Verstärker platzs­pa­rend und rut­sch­fest ne­be­nei­nan­der im Schalt­schrank an­geord­net wer­den.

Lichtfarben faseroptische Sensoren wenglor

Welche Vor­teile haben un­ter­schied­liche Lich­tar­ten?

Abhängig von den spe­zi­fi­schen An­for­de­run­gen der An­wen­dung nut­zen fa­se­rop­tische Sen­so­ren von wen­glor rotes, blaues, pinkes oder in­fra­rotes Licht.

  • Rote LEDs (633 nm) bie­ten eine hohe Prozessstabilität, selbst bei sehr hel­len oder weißen Prüfobjekten.

  • Blaue LEDs (455 nm) sind ins­be­son­dere für präzise Mes­sun­gen auf glühenden, glänzenden oder dunk­len Oberflächen geei­gnet, da sie we­ni­ger tief in das Prüfobjekt ein­drin­gen.

  • Im Pinklicht-​Modus wer­den rote und blaue LEDs glei­ch­zei­tig ak­ti­viert, um die Licht­leis­tung zu erhöhen und die Reich­weite der Sen­so­ren zu ver­bes­sern.

  • In­fra­rotes Licht (über 750 nm) ist für das men­schliche Auge un­sicht­bar, was vi­suelle Ablen­kun­gen und Ma­ni­pu­la­tio­nen ve­rhin­dert – ideal für be­wegte Sen­so­ren an Ro­bo­ter­grei­fern oder au­to­no­men Fahr­zeu­gen. Zudem ermöglicht es durch seine höhere Leis­tung eine größere Reich­weite.

Was sind Licht­lei­ter?

Licht­lei­ter sind op­tische Fa­sern, welche aus einem lichtführenden Kern und einem Man­tel bes­te­hen, die je­weils einen un­ter­schied­li­chen Bre­chung­sin­dex auf­wei­sen. Hier­bei wird das Licht durch To­tal­re­flexion an der Um­man­te­lung na­he­zu ver­lust­frei durch den Kern trans­por­tiert. Beim Aus­tritt aus dem Licht­lei­ter wird das Licht unter einem Öffnungswinkel von etwa 60 Grad ges­treut.
 
Lichtbrechung in Lichtleitern

Was ist der Bre­chung­sin­dex?

Der Bre­chung­sin­dex bes­chreibt, wie stark Lichts­trah­len ihre Rich­tung ändern, wenn sie von einem Me­dium in ein an­deres ein­tre­ten. Er wird durch das Verhältnis der Licht­ges­ch­win­dig­keit im Va­kuum c zur Licht­ges­ch­win­dig­keit im be­trach­te­ten Me­dium v de­fi­niert. Der Bre­chung­sin­dex n ist di­men­sions­los und va­riiert abhängig von Fak­to­ren wie Tem­pe­ra­tur und Wellenlänge des Lichts.

Um den Bre­chung­sin­dex zu bes­tim­men, wird fol­gende phy­si­ka­lische For­mel ver­wen­det:
 
n = v/c

Was ist der Öffnungswinkel?

Der Öffnungswinkel be­zieht sich auf den Win­kel, unter dem Licht aus der Licht­leit­fa­ser aus­tritt. Ein großer Öffnungswinkel bie­tet den Vor­teil, dass er eine zuverlässige Er­ken­nung selbst von he­te­ro­ge­nen Ob­jek­ten in ge­rin­gem Abs­tand ermöglicht. Zudem ist die Hand­ha­bung un­kom­pli­ziert, da die Aus­rich­tung des Geräts nicht maßgeblich ist. Al­ler­dings ver­teilt sich die Licht­leis­tung schnell auf einer großen Fläche, was die Reich­weite ver­rin­gert, da das Licht nicht gebündelt bleibt.

Um die­sen brei­ten Öffnungswinkel zu kon­trol­lie­ren, kom­men Lin­sen zum Ein­satz, welche das Licht im Be­darf­sfall fo­kus­sie­ren oder kol­li­mie­ren. Da­durch wird die De­tek­tion sehr klei­ner Ob­jekte ermöglicht oder die Reich­weite der Licht­leit­ka­bel deut­lich ges­tei­gert.

Licht­leit­fa­sern im Ver­gleich

Licht­lei­ter aus Kunsts­toff ei­gnen sich ideal für die Ob­jekt­de­tek­tion in Ap­pli­ka­tio­nen mit ge­rin­gem Platz­be­darf. Glasfaser-​Lichtleiter hin­ge­gen bewähren sich in ans­pruchs­vol­len Um­ge­bung­sbe­din­gun­gen mit hohen Tem­pe­ra­tu­ren und bie­ten che­mische Beständigkeit. Durch diese und wei­tere Vor­teile die­ser Ma­te­ria­lien eröffnen sich zahl­reiche Anwendungsmöglichkeiten, die den ver­schie­dens­ten An­for­de­run­gen ge­recht wer­den.
Lichtleitkabel aus Glasfaser

Licht­lei­ter aus Glas­fa­ser

Übertragung von sicht­ba­rem Licht und In­fra­rot­licht
To­le­rant gegenüber ex­tre­men Tem­pe­ra­tur­be­rei­chen
Für kor­ro­sive oder nasse In­dus­trieum­ge­bun­gen geei­gnet
Be­son­ders ge­ringe Dämpfung im Be­reich des In­fra­rot­lichts
Bruch durch starkes oder wie­de­rholtes Bie­gen möglich
Lichtleitkabel aus Glasfaser

Licht­lei­ter aus Kunsts­toff

Übertragung von sicht­ba­rem Licht
We­ni­ger to­le­rant gegenüber ex­tre­men Tem­pe­ra­tur­be­rei­chen
Für kor­ro­sive oder nasse In­dus­trieum­ge­bun­gen un­geei­gnet
Be­son­ders ge­ringe Dämpfung im Be­reich des sicht­ba­ren Lichts
Wie­de­rholte Bie­gun­gen möglich durch hohe Flexibilität

Pa­ral­lele Fa­sern

Bei die­sem Re­flexions­typ ver­lau­fen die Fa­sern pa­ral­lel zuei­nan­der, um Licht­si­gnale zu übertragen. Diese Fa­se­ra­nord­nung ist so­wohl als Kunststoff-​ als auch als Glas­fa­ser­licht­lei­ter verfügbar und wird in den meis­ten Stan­dar­dan­wen­dun­gen ein­ge­setzt.


 

Koaxiale Fa­sern

Der Re­flexions­typ koaxial ist eine hochpräzise Mess­me­thode, die aus einem Kern (Sen­der) und einem um­ge­be­nen Be­reich (Empfänger) bes­teht. Bei die­sem Typ spielt die Ein­tritts­rich­tung des Prüfobjekts in den Mess­be­reich keine Rolle für die Po­si­tion des fa­se­rop­ti­schen Sen­sors.

 

Ge­mi­schte Fa­sern

Der Re­flexions­typ ge­mi­scht be­zieht sich auf eine Glas­fa­sers­truk­tur, bei der viele Sende-​ und Emp­fang­sfa­sern ohne Tren­nung an­geord­net sind. Die Po­si­tion und der Abs­tand des Licht­lei­ters zum Ob­jekt sind hier­bei we­ni­ger re­le­vant. Der Bild­be­reich ist sehr klein oder nicht vo­rhan­den.

Ef­fekt Fa­ser­duch­mes­ser / -​bündeldurchmesser

Je größer der Durch­mes­ser des lichtführenden Kerns, desto mehr Licht kann durch das Kabel trans­por­tiert wer­den. Dies führt zu größeren Reich­wei­ten und einer ver­bes­ser­ten Er­ken­nung von tief­sch­war­zen Ob­jek­ten. Für bes­timmte Lichtleiterköpfe, wie z. B. Lichtleitbänder, wer­den daher mehr Fa­sern und fol­glich ein größerer Durch­mes­ser benötigt.

Was sagt der Bie­ge­ra­dius aus?

Der Bie­ge­ra­dius bes­timmt, wie stark ein Kabel ge­bo­gen wer­den kann, ohne dass es beschädigt oder die Signalqualität beeinträchtigt wird. Wenn ein Licht­lei­ter übermäßig ge­bo­gen wird, bes­teht das Ri­si­ko, dass der Fa­ser­man­tel im Kabel bricht und Licht aus dem Fa­ser­kern aus­tritt. Dies kann nicht nur zu einer erhöhten Dämpfung son­dern auch zu Mi­kro­ris­sen im Fa­ser­kern führen, was daue­rhafte Schäden zur Folge hat. Daher ist es ins­be­son­dere bei Licht­lei­tern aus Glas­fa­ser wich­tig, den Bie­ge­ra­dius zu beach­ten.

Wie sind Licht­lei­ter auf­ge­baut?

Kunststofflichtleitkabel

Aufbau eines Kunststofflichtleiters

Glasfaserlichtleitkabel

Aufbau eines Glasfaserlichtleiters

Welche Man­te­lar­ten für Glas­fa­ser­licht­lei­ter gibt es?

Kunsts­toff PVC

Die kostengünstigste Va­riante. Geei­gnet für Stan­dar­dan­wen­dun­gen, die keine be­son­dere Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen er­for­dern.

Edel­stahl

Bie­tet den höchsten Schutz vor me­cha­ni­schen Be­las­tun­gen. We­ni­ger flexi­bel in der Ver­le­gung, da größere Bie­ge­ra­dien er­for­der­lich sind. Kein Schutz vor Gasen oder Flüssigkeiten.

Si­li­kon

Maxi­male Beständigkeit gegen ag­gres­sive Me­dien. Ab­so­lut dicht, so­dass Fluide und Gase nicht in den Man­tel ein­drin­gen und die op­ti­schen Fa­sern beschädigen können. FDA kon­form.

Welche Funk­tions­prin­zi­pien von fa­se­rop­ti­schen Sen­so­ren gibt es?

Faseroptische Sensoren im Tastprinzip

Tast­prin­zip

Beim tas­ten­den Be­trieb sind Sen­der und Empfänger in einem Gehäuse un­ter­ge­bracht. Dabei trifft das vom Sen­der aus­ge­sen­dete Licht auf das Prüfobjekt und wird zum Empfänger zurückgesendet. Die De­tek­tion des Ob­jekts er­folgt an­hand der re­flek­tier­ten Licht­menge, die den Empfänger des Licht­lei­ters er­reicht.
Faseroptische Sensoren im Tastprinzip

Schran­ken­prin­zip

Das Licht­schran­ken­mo­dell bes­teht aus einem Sen­der und einem Empfänger, die sich gegenüber ste­hen. So­bald das Prüfobjekt den Raum zwi­schen Sen­der und Empfänger durchläuft, wird das Licht des Licht­lei­ters un­ter­bro­chen. Die Er­ken­nung er­folgt anschließend durch die Ab­nahme der emp­fan­ge­nen Lichtintensität.
Faseroptische Sensoren als Spiegelreflexschranke

Spie­gel­re­flex­schranke

Beim Spie­gel­re­flex­schran­ken­prin­zip be­fin­den sich Sen­der und Empfänger in einem Gehäuse, während auf der gegenüberliegenden Seite ein Re­flek­tor po­si­tio­niert wird. Das Prüfobjekt wird er­kannt, wenn das vom Re­flek­tor zurück re­flek­tierte Licht ent­we­der vollständig un­ter­bro­chen oder re­du­ziert wird. 
Faseroptische Sensoren als Spiegelreflexschranke

Lichtleitbänder

Lichtleitbänder di­enen der Überwachung von Be­rei­chen. Im Ge­gen­satz zu punktförmigen Licht­fle­cken, die nur in­ne­rhalb eines Punktes die Ob­jek­tan­we­sen­heit überwachen, er­fas­sen Lichtleitbänder meh­rere Zen­ti­me­ter. Der Sen­sor er­kennt das Ob­jekt, so­bald das Si­gnal abgeschwächt oder vollständig un­ter­bro­chen wird.

Dy­na­mische Na­chre­ge­lung und Sprun­ger­ken­nung im Ver­gleich

So­wohl die dy­na­mische Na­chre­ge­lung als auch die Sprun­ger­ken­nung ei­gnen sich zur zuverlässigen Er­ken­nung von Ob­jek­ten unter wech­seln­den Um­welt­be­din­gun­gen. Bei der dy­na­mi­schen Na­chre­ge­lung wird ein quasi-​fester Schwell­wert ver­wen­det, während die Sprun­ger­ken­nung ohne Schwell­wert aus­kommt und statt­des­sen ausschließlich Signaländerungen aus­wer­tet.

Fester Schaltpunkt von faseroptischen Sensoren

Fes­ter Schalt­punkt

Der am wei­tes­ten ver­brei­tete Be­triebs­mo­dus eines Sen­sors ba­siert auf einem fes­ten Schalt­punkt. Dabei legt der Sen­sor gemäß einer vor­ge­ge­be­nen Teach-​Logik während des Teach-​in-Prozesses den Schwell­wert bzw. den Schalt­punkt fest. Beim Normal-​Teach ents­pricht die­ser bei­spiels­weise 50 % des ak­tuel­len Si­gnals. Sind die Um­ge­bung­sbe­din­gun­gen sowie die zu de­tek­tie­ren­den Ob­jekte sehr kons­tant, bie­tet der Be­triebs­mo­dus mit einem fes­ten Schalt­punkt die höchste Unemp­find­li­ch­keit gegenüber Störungen, da äußere Einflüsse den Schalt­punkt nicht verändern können: Liegt das Si­gnal über dem fest­ge­leg­ten Schwell­wert, wird der Aus­gang ak­ti­viert; liegt es da­run­ter, bleibt der Aus­gang in­ak­tiv. Sollte das Si­gnal etwa durch Ver­sch­mut­zung verändert wer­den, kann es je­doch zu daue­rhaf­ten Fehl­schal­tun­gen kom­men.

Dynamische Nachregelung von faseroptischen Sensoren

Dy­na­mische Na­chre­ge­lung

Die dy­na­mische Na­chre­ge­lung ei­gnet sich ins­be­son­dere für das Tast­prin­zip mit sta­ti­schen Hintergründen sowie für das Schran­ken­prin­zip. Dabei sollte der nicht ges­chal­tete Zus­tand überwiegen, da der Schwell­wert nur in die­sem Zus­tand nach­ge­re­gelt wird. Kommt es zu Ver­sch­mut­zun­gen am Licht­lei­ter­kopf oder am Hin­ter­grund, wer­den diese durch die dy­na­mische An­pas­sung des Schwell­wertes kom­pen­siert.
Faseroptische Sensoren mit Sprungerkennung

Sprun­ger­ken­nung

Bei der Sprun­ger­ken­nung sind die ab­so­lu­ten Si­gnal­werte ir­re­le­vant. Statt­des­sen können die Rich­tung der Signaländerung (ne­ga­tiv, po­si­tiv oder beide Rich­tun­gen), die Höhe der Änderung und der Be­trach­tungs­zei­traum in die Aus­wer­tung einfließen. Dies ermöglicht die Er­ken­nung von sehr va­ria­blen Ob­jek­ten (z. B. in Farbe oder Oberflächenbeschaffenheit) auf nicht sta­ti­schen Hintergründen (wie ein lang­sam ver­sch­mut­zendes Förderband) sowie die Er­ken­nung von Ob­jek­ten ohne vo­rhe­riges Ein­ler­nen (z. B. bei wech­seln­den Char­gen).

Übersicht Lichtleiterköpfe

Ge­win­kelt

Gewinkelte Lichtleiterköpfe

Ge­win­kelte Sensorköpfe sind ideal für enge Platzverhältnisse, bei denen die op­tische Achse und der Ka­be­lab­gang un­ter­schied­lich aus­ge­rich­tet sein müssen. Dank des Ge­windes können die Sensorköpfe leicht in vor­be­rei­tete Öffnungen ein­ges­chraubt oder mit zwei Mut­tern an einem Win­kel oder Blech be­fes­tigt wer­den.

L-Typ

Lichtleiterköpfe L-Typ
Der L-Typ ermöglicht eine ein­fache Mon­tage mit zwei Schrau­ben und bie­tet vor­de­fi­nierte Po­si­tio­nen der op­ti­schen Ach­sen. Durch den großen Öffnungswinkel der Licht­lei­ter ist eine exakte Aus­rich­tung nicht not­wen­dig.
 

Flach

Flache Lichtleiterköpfe
Flache Sensorköpfe las­sen sich pro­blem­los in den Boden des Werkstückträgers in­te­grie­ren. Die Flexibilität des Ka­be­lab­gangs am Sen­sor­kopf ermöglicht eine ein­fache Ka­bel­ver­le­gung nach links, rechts oder hin­ten.

Bieg­bar

Biegbare Lichtleiterköpfe
Die dünne, lange me­tal­lische Sensor-​Lanze kann durch ein­faches Bie­gen an die spe­zi­fi­schen An­for­de­run­gen der je­wei­li­gen An­wen­dung an­ge­passt wer­den.

Lichtleitbänder

Lichtleitbänder

Lichtleitbänder im Einwegschranken-​Prinzip sind ideal zur Überwachung großer Be­reiche geei­gnet. Tas­tende Lichtleitbänder hin­ge­gen sind be­son­ders ef­fek­tiv bei der Er­ken­nung he­te­ro­ge­ner Ob­jekte und können durch die Aus­wer­tung des zurückgestrahlten Lichts auch für mes­sende An­wen­dun­gen ge­nutzt wer­den.

Mi­nia­tur

Lichtleiterköpfe im Miniaturformat

Sensorköpfe im Mi­nia­tur­for­mat sind ins­be­son­dere für An­wen­dun­gen unter den beeng­tes­ten Platzverhältnissen geei­gnet.

Ge­winde

Lichtleiterköpfe mit Gewinde
Sensorköpfe mit Ge­winde ermöglichen eine zeits­pa­rende und un­kom­pli­zierte Ins­tal­la­tion. Sie können ent­we­der di­rekt in vor­ge­bohrte Öffnungen ein­ges­chraubt oder mi­thilfe von zwei Mut­tern an Win­keln oder Ble­chen fixiert wer­den.

Glatt

Glatte Lichtleiterköpfe
Glatte Sensorköpfe sind ideal für den Ein­satz in be­grenz­ten Räumen und las­sen sich in vor­ge­fer­tigte Mon­ta­ge­hal­te­run­gen eins­te­cken oder verk­le­ben.

Das ist beim Ein­bau von fa­se­rop­ti­schen Sen­so­ren zu beach­ten

Um eine zuverlässige Ob­jek­ter­ken­nung und ge­naue Mess­da­ten si­cher­zus­tel­len, soll­ten fol­gende Hin­weise bei der Mon­tage des Sen­sors beach­tet wer­den.

Länge und Ablängen

Längen und Ablängen von Lichtleitern

Licht­lei­ter sind in ver­schie­de­nen Längen verfügbar. Kunsts­tof­flicht­lei­ter können kun­den­sei­tig zu­ges­ch­nit­ten wer­den, Glas­licht­lei­ter nur in­dus­triell, da sie nach dem Schnitt ges­chlif­fen und po­liert wer­den müssen. Die Länge beein­flusst die Tast­weite kaum, aber längere Licht­lei­ter las­sen we­ni­ger Licht durch.


Tipp: Licht­lei­ter aus Glas­fa­ser pas­send auswählen.

Tast­weite

Tastweite von Lichtleitern

Licht­lei­ter haben auf­grund des großen Öffnungswinkels nur ge­ringe Tast­wei­ten. Höhere Tast­wei­ten können durch größere Faserbündel-​/ Kern­durch­mes­ser oder durch Lin­sen er­reicht wer­den, die das Licht fo­kus­sie­ren.


Tipp: Licht­lei­ter vor­wie­gend für kurze Reich­wei­ten und die Er­ken­nung von Kleinst­tei­len ver­wen­den.

Bie­ge­ra­dius

Biegeradius von Lichtleitkabeln

Licht­lei­ter sind flexi­bel, aber mi­ni­male Bie­ge­ra­dien müssen ein­ge­hal­ten wer­den, um Schäden und Licht­ver­luste zu ver­mei­den. High-​Flex Kunsts­tof­flicht­leit­ka­bel ei­gnen sich für enge Bie­ge­ra­dien oder be­wegte Mon­ta­gen. Ge­ne­rell gilt: Klei­nere Durch­mes­ser er­lau­ben ge­rin­gere Bie­ge­ra­dien.

Tipp: Mon­tage von High-​Flex Licht­leit­ka­beln.

Tem­pe­ra­tur

Lichtleitkabel für verschiedene Temperaturen

Kunststoff-​ und Glas­fa­ser­licht­lei­ter un­ter­schei­den sich in ihrer Temperaturbeständigkeit. Bei über 85 °C soll­ten Glas­fa­ser­licht­lei­ter mit Edelstahl-​ oder Si­li­kon­man­tel ver­wen­det wer­den. 

Tipp: Dank in­di­vi­duel­ler Längen kann die Aus­wer­teein­heit auch im Schalt­schrank plat­ziert wer­den.

Aus­rich­tung Tas­ter

Ausrichtung der Lichtleiter im Tastprinzip

Beim Tast­prin­zip soll­ten Sen­der und Empfänger bei seit­li­cher Annäherung im 90°-​Winkel zum Prüfobjekt ins­tal­liert wer­den, um ein gleichmäßiges Ein- und Aus­schalt­ve­rhal­ten zu gewährleisten.

Tipp: Eine pla­nare Aus­rich­tung zum Ob­jekt führt zu einem Off­set mit verzögertem Ein- und Aus­schal­ten.

Kabel mit de­di­zier­tem Sen­der

Lichtleitkabel mit dediziertem Sender

Bei Lichtleiterköpfen mit koaxia­lem Lich­taus­tritt und bei bes­timm­ten Lichtleitbändern sollte die kor­rekte Zuord­nung von Sen­der am Licht­lei­ter­kopf zu Sen­der am Verstärker un­be­dingt beach­tet wer­den.

Tipp: Die Verstärker sind hier­zu mit Pfei­len ge­kenn­zeich­net.

Branchen und Industrien, in denen faseroptische Sensoren eingesetzt werden

Bei der Hers­tel­lung von Me­tall­pro­fi­len müssen die An­we­sen­heit und die Maße der Ob­jekte er­fasst wer­den, bevor eine Spann­vor­rich­tung sie fixiert. Die Pro­file können schwarz, weiß, chrom­far­ben, glänzend oder matt sein. In beeng­ten Platzverhältnissen wer­den dazu Glasfaserlichtleitvorhänge ein­ge­setzt, die nach dem Sender-​Empfänger-Prinzip ar­bei­ten, zu­sam­men mit einem Uni­ver­sal­re­flex­tas­ter. Die Licht­fa­sern sind in einer Linie an­geord­net, wo­durch ein Licht­band ents­teht. Die Breite wird ge­mes­sen, das li­neare Si­gnal pro­por­tio­nal zur Glas­fa­se­rab­de­ckung aus­ge­ge­ben und so die kor­rekte Po­si­tion er­mit­telt.

Welche Ob­jekte können fa­se­rop­tische Sen­so­ren nicht op­ti­mal er­ken­nen?

  • Was­ser und an­dere klare Flüssigkeiten, die das Licht stark ab­sor­bie­ren oder durch Bre­chung sei­nen Weg verändern, können zu un­ge­nauen Mes­sun­gen führen.
  • Hoch­trans­pa­rente Ob­jekte wie klares Glas, die das Licht vollständig dur­chlas­sen, ohne es zu re­flek­tie­ren, er­sch­we­ren die De­tek­tion.
  • Tief­sch­warze Ob­jekte, die das ein­fal­lende Licht stark ab­sor­bie­ren und kaum oder gar nicht re­flek­tie­ren, be­hin­dern die Signalrückführung zum Sen­sor.
  • Stark glänzende Ob­jekte, die das Licht in un­vo­rher­seh­bare Rich­tun­gen re­flek­tie­ren, ve­rhin­dern eine präzise Ob­jek­ter­ken­nung.
     
 

 
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