Einleitung

Sensoren sind ein integraler Bestandteil jedes Automatisierungssystems, um die Anwesenheit von Objekten zu erkennen. Bei optoelektronischen Sensoren gibt es drei Arten von Sensoren: Einweg-, Reflexions- und Streulichtsensoren. Es gibt eine verbesserte Version von Lichttaster-Sensoren, die als „Hintergrundausblendungssensoren“ bezeichnet werden. In diesem Artikel sprechen wir über Hintergrundausblendungssensoren und wie sie funktionieren.

Was ist ein Hintergrundausblendungssensor?

Bevor wir über die Hintergrundausblendung sprechen, frischen wir unser Wissen über optische Sensoren im Allgemeinen auf. Optoelektronische Sensoren verwenden optische Signale, um das Vorhandensein eines Objekts zu erkennen. Es gibt drei Haupttypen von photoelektrischen Sensoren: Einweglichtschranke (Thru-Beam), Reflexionslichtschranke und Lichttaster.

Optoelektronische Sensortypen

Einweg-Lichtschranken sind die einfachste Form von Lichtschranken. Sie haben eine separate Sende- und Empfangseinheit, die einander gegenüber angeordnet sind. Wenn ein Objekt den Laser-/Lichtstrahl behindert, löst das Fehlen des Lichtstrahls den Empfänger aus. Dieses Signal kann verwendet werden, um zu erkennen, ob das Objekt vorhanden ist oder nicht.

Bei Reflexionslichtschranken sind sowohl Sender als auch Empfänger in derselben Einheit eingebaut. Quer über den Strahl wird ein spezieller Reflektor gesetzt, der den gesendeten Strahl auf bestimmte Weise zum Sender zurückwirft. Wenn ein Objekt über den Strahl gestellt wird, wird der reflektierte Strahl gestreut und die Menge des reflektierten Lichts ändert sich. Dadurch kann der Sensor aufgrund der im Objekt selbst vorhandenen Lichtbrechung auch transparente Objekte erkennen. Reflexionslichtschranken beruhen auf der Unterbrechung des Strahls, um das Objekt zu erkennen.

Reflexlichttaster sind die dritte Art von Lichtschranken. Sie verlassen sich darauf, dass das Objekt selbst den Lichtstrahl zurück zum Sensor reflektiert. Reflexlichttaster benötigen aus diesem Grund keinen Reflektor.

Standard-Diffuslichtsensoren verwenden die Menge des reflektierten Lichts, um ein Objekt zu erkennen.

Problem mit Reflexion im diffusen Modus

Reflexionslichttaster mit Lichttaster bieten in vielen Fällen eine Kalibrierungsoption, bei der die Tastweite/Reichweite angepasst werden kann. Da sich der Sensor jedoch darauf verlässt, dass das Objekt den Strahl reflektiert, kann jedes andere glänzende Objekt über dem Strahl als das Objekt den Strahl reflektieren. Dies führt zu falschen Triggern und kann erhebliche Probleme verursachen.

Beispielsweise kann ein Standard-Diffusionssensor, der so eingestellt ist, dass er ein reflektierendes Objekt innerhalb von 15 Zoll erkennt, fälschlicherweise ein anderes Objekt erkennen, das ebenfalls stark reflektierend ist und bis zu 6 Fuß entfernt sein kann.

Hintergrundunterdrückungssensor

Hintergrundunterdrückungssensoren helfen, das oben diskutierte Problem zu mildern. Es handelt sich um eine Variation des Reflexionssensors im diffusen Modus, der das „Triangulationsprinzip“ verwendet. Anders als ein normaler Lichttaster, der die Menge des reflektierten Lichts misst, messen Sensoren mit Hintergrundausblendung, in welchem ​​Winkel das reflektierte Licht auf den Sensor fällt.

Funktionsprinzip des Hintergrundunterdrückungssensors

Sensoren mit Hintergrundausblendung ähneln Lichttastersensoren. Sie haben sowohl den Sender als auch den Empfänger in das gleiche Gehäuse eingebettet und verlassen sich darauf, dass das zu erkennende Objekt den Strahl zurückreflektiert.

Befindet sich ein Objekt vor einem Sensor mit Hintergrundausblendung, wird der Strahl schräg zurückreflektiert. Dieser Winkel ändert sich je nach Abstand des Sensors zum Objekt. Wenn das Objekt näher ist, ist der Winkel größer als wenn es weit entfernt ist.

Einstellbare Sensortypen sind in zwei Typen erhältlich: mechanisch oder elektrisch. Beim mechanischen Typ kann der Sensor mit einer Schraube kalibriert werden, um den interessierenden Punkt einzustellen, um das Objekt zu erkennen. Bei elektronisch kalibrierten Modellen hat der Sensor eine Taste zum „Lernen“ des Objekttyps und des Hintergrunds.

Wie unterdrücken die Sensoren zur Hintergrundunterdrückung den Hintergrund?

Hintergrundausblendungssensoren verfügen über einen cleveren Mechanismus, um die relative Position des Objekts in Bezug auf den Hintergrund zu messen. Dies macht diesen Sensortyp sehr unempfindlich gegenüber Hintergründen, die ähnliche Reflexionseigenschaften wie das zu erfassende Objekt aufweisen.

Im Gegensatz zu Sensoren mit festem Fokus oder scharfer Abgrenzung, die den Hintergrund überhaupt nicht berücksichtigen, können Hintergrundausblendungssensoren das Objekt tatsächlich von einem ähnlich strukturierten, farbigen Hintergrund unterscheiden.

Bei einem Hintergrundausblendungssensor gibt es einen einzigen Sender und mehrere Empfänger, die für das emittierte Licht empfindlich sind. Dies können auch mehrere Bereiche desselben Sensors in elektronischer Hintergrundausblendung sein.

Wenn sich kein Objekt vor dem Sensor befindet, kann es zwei Szenarien geben.

1. Der ausgesandte Strahl wird vom Hintergrund reflektiert
2. Der ausgesandte Strahl wird nicht vom Hintergrund reflektiert

Wenn der Strahl nicht vom Hintergrund reflektiert wird, schließt der Sensor daraus, dass die Entfernung zum Objekt unendlich ist und aktiviert seinen Ausgang nicht. Wenn der Hintergrund reflektierend ist, fällt der reflektierte Strahl auf einen bestimmten Bereich des Empfängers (im oberen Bild auf den oberen Bereich des Sensors). 

Der Sensor ist kalibriert/abgestimmt, um diesen Bereich des Erfassungselements außer Acht zu lassen. Wenn ein Objekt vor dem Sensor platziert wird, ändert sich der reflektierte Strahlwinkel. Dadurch scheint der Strahl auf einen anderen Teil des Sensors (oder bei einigen Modellen auf ein anderes Sensorelement), den der Sensor als Erkennung erkennen kann. 

Beachten Sie im obigen Bild, dass die nächste Position zum Sensor den größten Winkel im reflektierten Strahl verursacht. Der Winkel nimmt ab, wenn sich das Objekt vom Sensor entfernt.

Mechanische Hintergrundausblendung vs. elektronische Hintergrundausblendung 

Um Kosten und Leistung zu optimieren, gibt es zwei Typen von Hintergrundausblendungssensoren – mechanische und elektronische Typen. Der elektronische Typ hat einen einzigen großen Sensor, bei dem eine Softwareverarbeitung durchgeführt wird, um den Objekterkennungsbereich einzustellen und zu bestimmen. Dies wird durch einen speziellen Sensor namens Position Sensitive Device (PSD) erreicht. Die Softwareverarbeitung des Signals ermöglicht eine zusätzliche Filterung des Signals, um Artefakte durch starke Vibrationen zu reduzieren. Dies ist einer der Vorteile elektronischer BGS-Sensoren.

Bei mechanischen Typen gibt es zwei oder mehr Sensorelemente, um eine höhere Genauigkeit, eine bessere optische Leistung und einen schärferen Grenzbereich mit Temperaturstabilität zu bieten. Es gibt auch ein Optiksystem, um eine Feinabstimmung zu ermöglichen, was die Größe der Sensoreinheit erhöht.

Zusammenfassung

In diesem Artikel haben wir Hintergrundausblendungssensoren besprochen. Diese Sensoren sind sehr nützlich bei der Erkennung von reflektierendem Material auf ähnlich farbigen/strukturierten Hintergründen. Pepperl + Fuchs ist einer der branchenführenden Hersteller von Reflexlichtschranken mit Hintergrundausblendung.