Optosensoren Messende Lichtschranken mit Multi-Pixel-Array und IO-Link können mehr als nur Tasten

Aufgrund der fortschreitenden Integrationsdichte von Hardwarekomponenten, auch in der Welt der optischen Sensoren, vollzieht sich ein Wandel hin zu einer stärkeren Integration intelligenter Auswerte- und Messverfahren. Durch die IO-Link Schnittstelle kann der Anwender nun direkt mit dem Sensor kommunizieren.

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So wird der Anwender jetzt in die Lage versetzt, das komplette in den Sensoren vorhandene Potential an Möglichkeiten voll auszuschöpfen. Vor diesem Hintergrund bilden neue Optosensoren als schaltende Triangulatoren mit Messkern quasi die Brücke zwischen Distanzsensoren und Lichtschranken. Die Fähigkeiten dieser „Messenden Lichtschranken“ gehen deutlich über die Leistung einfacher schaltender Triangulatoren hinaus - und realisieren die Funktionalität eines Reflexions-Lichttasters mit verschiedenen Schaltfunktionen und hervorragenden Leistungsdaten in einem Gerät.

Fähigkeiten eines Distanzsensors auf einen Taster übertragen

Auf der Suche nach Verbesserungsmöglichkeiten und leistungsfähigeren Alternativen zu marktüblichen Standardsensoren ist ein Blick über den Tellerrand in Richtung der aufwändigeren und teureren Distanzsensoren interessant. Denn letztere liefern in Form eines Messwerts eine präzise Auskunft über den Abstand eines Gegenstands zum Sensor. Diese Eigenschaft haben clevere Entwickler in einen Standardsensor integriert, der quasi die Fähigkeiten eines Distanzsensors auf einen Taster überträgt und diesen deutlich leistungsfähiger und sicherer macht ohne gleichzeitig so komplex und kostspielig zu sein.

Messen statt Tasten

Als Empfänger wird in dieser neuen Generation von Lichtschranken ein Multi-Pixel-Array verwendet auf dem das vom Sensor ausgestrahlte und am Objekt reflektierte Licht in Abhängigkeit der Entfernung auf unterschiedliche Positionen auf dem Empfänger projiziert wird (Triangulationsverfahren).

Diese neuen messenden Lichtschranken MLV41-8-H-IO und RL31-8-H-IO von Pepperl+Fuchs erkennen nun die Anwesenheit eines Objekts über den Abstand zum Sensor. Mit Hilfe der in die Sensoren integrierten, intelligenten Auswerte- und Messverfahren wird der genaue Objektabstand ermittelt.

Über die genaue Kenntnis des Objektabstands ist aber nicht nur die Anwesenheit eines Objekts erkennbar. Es lassen sich nun verschiedene Schaltfunktionen wie Hintergrundausblendung und -auswertung, Fensterbetrieb sowie ein Hysteresemodus realisieren und über die IO-Link Schnittstelle sofort zur Verfügung stellen. Die Geräte sind so perfekt an die jeweiligen Anforderungen der Applikationen adaptierbar.

Die multifunktionalen Optosensoren

Über die integrierte Messfunktion bilden die beiden Lichtschranken verschiedene Schaltfunktionen in einem Gerät nach. Diese können über IO-Link entweder offline oder per angeschlossener Steuerung entsprechend parametriert werden.

Mode 1: Hintergrundausblendung

In diesem Modus erfasst man beliebige Objekte in einem definierten Tastbereich während Objekte im Hintergrund ausgeblendet werden. Über die IO-Link Schnittstelle kann man jedem der zwei vorhandenen Gegentaktausgänge eine separate Schaltschwelle zuweisen. Nutzt man die Hintergrundausblendung in Verbindung mit zwei Schaltpunkten lassen sich einfach Durchhangkontrollen, Hubhöhen- und Füllstandsüberwachungen verwirklichen. Über die Erkennung des Abstands zum Objekt sind Objekte sehr präzise vom Hintergrund unterscheidbar bzw. man kann den Hintergrund messerscharf ausblenden.

Mode 2: Fensterbetrieb (Vorder- und Hintergrundausblendung)

Dieser ist vorgesehen, um Objekte in einem definierten Tastbereich sicher zu erkennen, wie etwa bei der Bahnrisskontrolle. Durch die Vordergrundausblendung ist die Erfassung im Nahbereich gesichert, etwa wenn eine Papierbahn nach dem Riss auf dem Sensor zu liegen kommt.

Mode 3: Hysterese

Der Betriebsmodus Hysterese erfasst Objekte zwischen einem definierten Ein- und Ausschaltpunkt - was man für Durchhangkontrollen, Hubhöhenüberwachungen und Füllstandsüberwachungen benötigt.

Mode 4: Hintergrundauswertung

Hier dient der Hintergrund als Referenz, während der Sensor Objekte im Vordergrund ab Tastweite 0 mm sicher erfasst, zum Beispiel zur Anwesenheitskontrolle oder Vorderkantenerkennung. Ein weiterer Vorteil liegt in der Erfassung spiegelnder Objekte.

In allen gezeigten Anwendungen erreichen die Sensoren hervorragende Leistungswerte bei einem Tastbereich und punkten mit einer bis zur Endtastweite gleichbleibenden Schwarz-Weiß/Weiß-Schwarz-Differenz von kleiner fünf Prozent. So ist die sichere Erfassung von Objekten unabhängig von ihren Oberflächeneigenschaften gewährleistet.

IO-Link-Schnittstelle standardmäßig On-Board

Bei der Parametrierung des Messkerns leistet die serienmäßig integrierte IO-Link-Schnittstelle wertvolle Dienste. Sie erlaubt eine standardisierte, kostengünstige und effiziente Offline- und Inline-Kommunikation; bereits vorhandene Verdrahtungen muss man nicht verändern.

Besonders interessant ist der als Diagnosewert ebenfalls über IO-Link zur Verfügung gestellte aktuelle Abstandsmesswert, der sich zur schnellen und einfachen Inbetriebnahme nutzen lässt.

Eine zugehörige Gerätebeschreibungsdatei (IO Device Description – IODD) steht einschließlich der geeigneten FDT Rahmenapplikation PactWare 4.1 auf der Internetseite des Herstellers zum Download bereit.

Wird IO-Link nicht zur Parametrierung genutzt, befindet sich für die manuelle Einstellung ein Tastweiteneinsteller an der Gehäuserückseite.

Bei Konfigurationen und im Betrieb informieren weit sichtbare Anzeige-LEDs den Anwender über den aktuellen Betriebs- und Schaltzustand.

Die Geräte sind entweder mit einem M12-Stecker (MLV41 auch mit M8 Steckverbinder) oder einem zwei Meter langen Festkabel ausgestattet und benötigen eine Spannung zwischen 10 und 30 VDC.

Sie arbeiten innerhalb Umgebungstemperaturen von -30 bis +55 °C und lassen sich durch die hohe Schutzart IP67 problemlos in Innen- und Außenbereichen einsetzen.

* Holger Unger, Produktmanagement Optoelektronik, Pepperl+Fuchs, Werk Berlin

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