Einleitung
Optoelektronische Sensoren sind die Art von Sensoren, die verwendet werden, um Objekte basierend auf einer Vielzahl von optischen Eigenschaften zu erkennen. Optische Sensoren bestehen aus einem Sendelicht und einem Empfangselement.
Der Sensor kann die Unterbrechung eines reflektierten Lichtstrahls erkennen und entscheiden, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht.
In diesem Artikel sprechen wir über Reflexionslichtschranken, die zur Familie der Lichtschranken gehören. Schauen wir uns an, was Reflexionslichtschranken sind, woraus sie bestehen und wie wir sie zur Erkennung von Objekten einsetzen können.
Was ist eine Reflexionslichtschranke?
Eine Reflexionslichtschranke ist eine Art Lichtschranke, die die Unterbrechung eines reflektierten Lichtstrahls nutzt, um Objekte zu erkennen. Es gibt zwei Haupttypen von Reflexionslichtschranken:
- Standard-Reflexionslichtschranken
- Polarisierte Reflexionslichtschranken
Bei beiden Sensortypen sind der Lichtstrahlsender und das Detektor-/Empfangselement im gleichen Gehäuse eingebaut. Der emittierte Lichtstrahl wird von a . reflektiert Retroreflektor zurück zum Sensor.
Wird ein Objekt zwischen Sensor und Reflektor platziert, unterbricht es den Strahl. Das Fehlen des Lichtstrahls bewirkt, dass der Sensor sein Ausgangssignal ändert.
Funktionsprinzip des Reflexionssensors
Wie oben erwähnt, sind bei Reflexionslichtschranken sowohl Sender als auch Empfänger im gleichen Gehäuse eingebaut. Eine separate Reflektoreinheit wird platziert, um den Strahl zurück zum Sensor zu reflektieren.
Wenn ein Objekt in den Bereich zwischen Reflektor und Sensor eindringt, behindert es den Lichtstrahl. Durch diese Unterbrechung wird der Lichtstrahl gestreut und der Sensor erkennt die Änderung. Es bewirkt dann, dass sich die Ausgabe ändert.
Eine Lichtschranke hat im Allgemeinen einige Schaltungsblöcke im Inneren:
- Modulator und Verstärker
- Sender und Empfänger mit Ziel-/Reflektoreinheit
- Detektorverstärker und Demodulator
- Output
Modulator- und Verstärkerstufe
In dieser Stufe erzeugt die Modulatorschaltung ein gepulstes Signal. Dies ist oft eine Rechteckwelle, die sich schnell ein- und ausschaltet.
Der Verstärker verstärkt dieses Signal und erzeugt genug Strom, um die Emitter-LED anzusteuern. Der Grund für die Verwendung eines pulsierenden Lichtstrahls besteht darin, externe Störungen durch andere Lichtquellen zu reduzieren.
Aber es gibt Sensoren, die nicht moduliertes Licht verwenden. Sensoren mit nicht modulierten Lichtstrahlen haben eine größere Reichweite, sind aber anfällig für kohärentes Licht und Fremdlichtinterferenzen.
Sender und Empfänger mit Ziel-/Reflektoreinheit
Fast alle Lichtschranken verwenden aufgrund der Geschwindigkeit und des geringen Stromverbrauchs LEDs als Sender/Sender. Der Detektor besteht aus a Fotodetektor/Fotosensor.
Sowohl Sender als auch Empfänger haben Linsen zum Filtern und Richten des Lichtstrahls. Die durchgelassenen Lichtimpulse werden vom Retroreflektor reflektiert und von der Photodiode aufgenommen.
Regelmäßige Reflexion vs. Retroreflexion
Ein Standardreflektor wie Glas reflektiert Licht in einem Winkel gleich dem Einfallswinkel des Lichtstrahls. Immer wenn der Reflektor auch nur um ein kleines bisschen gekippt wird, kann der reflektierte Lichtstrahl an eine andere Stelle als den Sensor gelenkt werden.
Retroreflektoren verwenden Corner-Cubes, die aus 3 einzelnen reflektierenden Oberflächen bestehen. Sie stehen senkrecht (90 Grad) zueinander. Sie können das reflektierte Licht auch bei schräg gestelltem Reflektor zurück zum emittierten Lichtstrahl lenken. Dies wird als „Retroreflexion“ bezeichnet.
Bei Verwendung eines Retroreflektors kann dieser um 10-30 Grad versetzt oder geneigt werden, und der Sensor kann den reflektierten Strahl immer noch erkennen.
Detektorverstärker und Demodulator
Diese Stufe verstärkt das Signal vom Photodetektor und demoduliert das empfangene Signal. Er gibt ein Steuersignal an die Endstufe aus, um den Ausgang HIGH/LOW zu schalten.
Ausgangsstufe
Die Endstufe besteht aus dem Stellglied zum Schalten des Ausgangs. Dies kann eine Transistor-basierte Schaltung für NPN/PNP-Sensoren oder ein Relaisausgang sein. Typischerweise besteht diese Stufe auch aus zusätzlichem Schutz wie Kurzschlussschutz und Verpolungsschutzdioden.
Diese Art von Lichtschranken verwendet das Prinzip der Retroreflexion in ihrem Wahrnehmungsmechanismus. Ein Retroreflektor kann einen Lichtstrahl unabhängig vom Winkel des Reflektors direkt zu seiner Quelle zurückreflektieren.
Dies hilft beim Kalibrieren/Ausrichten des Sensors, da der Sensor nicht perfekt senkrecht zum Reflektor stehen muss.
Normale Reflexionslichtschranken im Vergleich zu polarisierten Reflexionslichtschranken
Normale Reflexionslichtschranken können fast alle Objekte erkennen. Sie haben jedoch Schwierigkeiten, glänzende Objekte wie polierte Oberflächen oder Spiegel zu erkennen. Eine Standard-Reflexionslichtschranke kann solche Objekte nicht erkennen, da sie durch das glänzende Objekt „getäuscht“ werden können, indem der ausgesendete Strahl zurück zum Sensor reflektiert wird.
Eine polarisierte Reflexionslichtschranke erwartet, dass der Lichtstrahl durch den Reflektor um 90 Grad polarisiert wird. Wenn der reflektierte Strahl um 90 Grad polarisiert ist, erkennt der Sensor, dass kein Objekt vorhanden ist.
Wenn jedoch ein reflektierendes Objekt zwischen Sensor und Reflektor eintritt, wird der reflektierte Strahl nicht polarisiert und der Sensor kann dadurch das Objekt erkennen. Das einzige Objekt, das die Funktionalität dieser Sensoren stören kann, sind Retroreflektoren.
Reflexionslichtschranke vs. Reflexionslichtschranke
Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Typen ist die Reflexionsmethode. Eine Reflexionslichtschranke erwartet, dass das Licht vom Objekt reflektiert wird, während Reflexionslichtschranken erwarten, dass der Lichtstrahl durch das Objekt unterbrochen wird, um es zu erkennen.
Reflexionslichtschranken benötigen auch einen eigenen Retroreflektor, um zu funktionieren.
Reflexlichtschranken benötigen keinen Reflektor, da das zu detektierende Objekt selbst als Reflektor fungiert.
Dies erleichtert die Montage von Reflexionslichttaster. Da die Erkennung jedoch auf dem vom Objekt reflektierten Licht basiert, wirken sich die physikalischen Bedingungen wie Farbe und Textur des Objekts direkt auf die Erfassungsleistung aus.
Reflexionslichtschranken sind weniger anfällig für Bedingungen wie Farbe und Winkel des erfassten Objekts. Sie können in Anwendungen wie der Erkennung transparenter Objekte wie Glas verwendet werden. Reflexionslichtschranken haben jedoch eine Todeszone auf extrem kurze Distanzen.
Beide Sensoren haben mehrere Zentimeter bis mehrere Meter Schaltabstand, sind einfach verkabelt und relativ einfacher zu montieren.
Anwendung für Reflexionslichtschranken
Reflexionslichtschranken finden ihre Anwendung in vielen Branchen wie Automotive, Fördertechnik, Maschinenbau, Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie Zutrittskontrollsysteme.
Diese Sensoren werden in Montagelinien verwendet, um eine präzise Positionierung für Roboterarme zu ermöglichen, um sie zu greifen. Die polarisierte Version der Reflexionslichtschranken macht den Sensor immun gegen glänzende Oberflächen in Teilen wie der Karosserie.
In Anwendungen wie Regalbediengeräten in Lagerhallen werden Lichtschranken wie Reflexionslichtschranken mit weiteren Erweiterungen wie optische Datenkoppler. Dadurch können die Regalbediengeräte drahtlos Waren positionieren/entnehmen und den Inhalt der Barcodes auslesen.
Aufzüge verwenden auch Reflexionssensoren, um die Position der Türen und des Aufzugs selbst zu erkennen, um maximale Zuverlässigkeit und Leistung zu gewährleisten.
Einrichtung des Retro-Reflexionssensors
Reflexionslichtschranken sind in zwei Ausführungen erhältlich: dunkel-an (NC) und Licht an (NEIN). Der Dark-On-Typ schaltet den Ausgang ein, wenn ein Objekt zwischen Sensor und Reflektor platziert wird. Der Typ Light-On schaltet den Ausgang ein, wenn kein Objekt vorhanden ist.
Dies ist einfacher zu merken als normalerweise geschlossen (NC) oder normalerweise geöffnet (NO). Einige Sensoren haben beide Konfigurationen, während andere einen Wahlschalter zur Auswahl des Betriebsmodus haben können
Nachfolgend finden Sie die typischen Anschlusspläne für verschiedene Typen von Reflexionslichtschranken.
Auf den Lichtschranken befinden sich zwei LEDs. EIN grüne LED um anzuzeigen, WerkzeugeUnd ein orange/rote LED um die Erkennung anzuzeigen. Um eine Reflexionslichtschranke zu kalibrieren, gibt es zwei Möglichkeiten: Teach-in-Taste oder eine Potentiometer.
Um einen Sensor mit einem Potentiometer zu kalibrieren, stellen Sie den Sensor mit seinem Reflektor auf und drehen Sie das Potentiometer, bis beide LEDs erlöschen. Stellen Sie das Potentiometer ein, bis die grüne LED bleibt an, wenn kein Objekt vorhanden ist, und beide LEDs leuchten, wenn das Objekt vorhanden ist.
FAQ zu Reflexionslichtschranken
Q: Mein Standard-Reflexionssensor gibt mir einen falschen Messwert, wenn ich ein glänzendes Metall als Ziel erkenne. Wie kann ich das korrigieren?
A: Dies ist ein häufiges Problem bei Standard-Reflexionssensoren. Auswahl a polarisiert retroreflektierend Sensor mit a Eckwürfel Retroreflektor wird dieses Problem beseitigen.
Q: Ich suche einen Reflexionssensor, der eine klare Glasflasche auf einem Förderband für eine Zählanwendung erkennen kann. Was wäre die beste Option?
A: A. polarisierte Reflexionslichtschranke mit klarer Objekterkennung funktioniert am besten für solche Anwendungen. Diese Sensoren haben auch keine Totzone, was in den meisten Fällen von Vorteil ist.
Q: Welcher Reflektortyp eignet sich am besten für Reflexionslichtschranken?
A: Eckwürfel-Retroreflektoren sind in den meisten Fällen mit allen Arten von Reflexionslichtschranken kompatibel. Jedoch, polarisierte Reflexionslichtschranken sollen Verwenden Sie Reflektoren im Corner-Cube-Stil, um ihre Spitzenleistung zu gewährleisten.
Q: Gibt es Reflektoroptionen für extreme Temperaturen?
A: Es gibt Reflektoren, die hohen Temperaturen von 120 bis 500 Grad Celsius standhalten. Für den Einsatz bei extrem niedrigen Temperaturen gibt es Reflektoren, die mit eingebauten Heizelementen ausgestattet sind, um die Bildung von Nebel/Eis zu verhindern.
Braucht eine Reflexionslichtschranke einen Reflektor?
Die einfache Antwort wäre Ja. Dies hängt jedoch von der Anwendung des Sensors ab. Eine Reflexionslichtschranke kann technisch anstelle einer Reflexionslichtschranke verwendet werden, wenn das erfasste Objekt selbst ein Retroreflektor oder ähnliches ist.
Die konfigurierbare Hell-An- und/oder Dunkel-An-Konfiguration des Sensors erleichtert diesen Ansatz.
Um jedoch höchste Genauigkeit zu gewährleisten, ist die Verwendung eines Reflektors unerlässlich. Andererseits funktionieren polarisierte Sensoren ohne einen polarisierenden Retroreflektor überhaupt nicht.
Zusammenfassung
In diesem Artikel haben wir die Reflexionslichtschranken und ihre prinzipielle Funktionsweise sowie ihre Anwendungen diskutiert. Optische Sensoren sind im Allgemeinen eine gute Wahl zur berührungslosen Erkennung von Objekten und haben eine höhere Reichweite als andere Sensortypen.
Die Auswahl eines geeigneten photoelektrischen Sensortyps für Ihre Anwendung erhöht die Erfassungsgenauigkeit erheblich und liefert eine saubere Ausgabe mit minimalen Fehlauslösungen.
