Farbmessung mitDreibereichsverfahren

Typische Anwendungen von Farberkennungssensoren sind z. B. das Prüfen und Sortieren farbiger Materialien, das Teilehandling mit Hilfe einfacher Farbcodes, beliebige Farbvergleichsprüfungen in der Pharmazie, Textil-, Brau- oder Lebensmittelindustrie sowie in der Elektro- und Elektronikfertigung und in der Förder-, Lager- und Verpackungstechnik.

„Echte“ Farbmeßgeräte, die ähnlich einer Waage mit geeichter Skala die Farben absolut erfassen, sind schon lange bekannt. Sie haben in der Praxis jedoch einen entscheidenden Nachteil: Sie sind nicht nur teuer, sondern eignen sich auch nicht besonders für den industriellen Einsatz in der Qualitätssicherungs- und Automatisierungstechnik, da sie für Online-Messungen viel zu langsam arbeiten. Bei der Entwicklung prozeßtauglicher Farberkennungssensoren setzte dieser Hersteller deshalb auf eine vergleichende Farbmessung nach dem Dreibereichsverfahren. Dieses ermöglicht geräteabhängig bis zu 10 000 Messungen pro Sekunde. Alle mit dem menschlichen Auge wahrnehmbaren Farbschattierungen lassen sich unterscheiden. Das sind mehrere 100 000 Farbtöne. Den Einsatzmöglichkeiten dieser Sensoren sind dadurch keine Grenzen gesetzt, da sie alles erkennen können, was farbig ist oder sich auch nur in den Grauwerten unterscheidet. Sie erkennen z. B. eine Farbmarkierungsfolge auf einer Lebensmittelverpackung ebenso wie eine bestimmte Kabelfarbe oder eine überreife Tomate beim Sortieren von Gemüse.

Das Prüfobjekt wird im Auf- oder Durchlicht mit Weißlicht beleuchtet. Eine Optik richtet das reflektierende oder durchscheinende Licht mittels Optik auf ein Empfängersystem. Eine optische Filterstufe bildet daraus drei spektrale Teillichtströme, welche auf drei Fotoempfängern für die Rot-, Grün- und Blauanteile (RGB-Verfahren) abgebildet werden. Mittels einer elektronischen Normierung steht zusätzlich die Helligkeit (Intensität 1) des empfangenen Lichts zur Verfügung. Die jeweiligen Farbwert- und Intensitätsanteile werden in Analogwerte umgesetzt, bei Bedarf digitalisiert und mit gespeicherten Referenzwerten verglichen (passives Verfahren).

Durch die heute verfügbaren LEDs der Farben rot, grün und blau läßt sich die Gerätefunktion auch so aufbauen, daß mittels LEDs, die die Grundfarben (R, G, B) abstrahlen, ein Objekt mit diesem beleuchtet wird. Ein Empfänger nimmt nacheinander die zurückgestrahlten Intensitätswerte für RGB auf und analysiert sie (aktives Verfahren). Der Vorteil dieser Technik, die in der neuen LC-Farbsensor-Familie vereint ist, liegt in der längeren Lebensdauer der Beleuchtung. Das heißt aber nicht, daß solche Geräte ab sofort über eine beinahe endlose Lebensdauer verfügen, wie dies auch in der Lichtschrankentechnik mit IR-Photodioden vorausgesetzt wird. Sichtbare LEDs verlieren sehr schnell ihre maximale Ausgangsleistung. Dies führt dazu, daß LED-Farbsensoren ein überdurchschnittliches „Nachlernen“ der Farbe erfordern. Ebenfalls ist die Farbauflösung und die Varianz in der Abstandsunabhängigkeit – wie bei Halogengeräten – heute nicht gegeben. Weiterentwicklungen der Halogen-Farbsensoren mit höheren Lebensdauerwerten und preiswertere, noch einfacher zu bedienende Sensoren sind die Lösung.

Durch eine Vielzahl von praxiserprobten Softwarefunktionen (vom Anwender einfach über DIP-Schalter oder Teach-Tasten zuschaltbar) sind nahezu alle Farbunterscheidungsprobleme in der industriellen Anwendung abgedeckt. Die Farberkennungssensoren und -systeme dieses Herstellers reichen vom Low-Cost LED-Sensor (Typ LC) bis hin zum höchstauflösenden System (16 Bit).

Der LED Sensor Typ LC in Verbindung mit einem Kunststofflichtleiter ist in Ein- und Vier-Kanalausführung verfügbar und kann Reichweiten bis 50 mm bei einer kleinsten Erkennungsfläche von 1 mm realisieren. Das höchstauflösende System verfügt über bis zu 99 Farbspeicher, Schaltfrequenzen bis 10 000 Hz, RS 232 sowie Analog- und Digitalausgänge. Arbeitsabstände bis 1 000 mm und entsprechende Visualisierungssoftware sowie auch lichtleiterlose Sensoren sind lieferbar. Sämtliche Typen arbeiten bedienerfreundlich mit „Teach-In“ Funktion (Serie FES, CSS, FEA).

Typische Einsatzgebiete für die Farberkennungssensoren finden sich in der Elektrotechnik und Automobilindustrie. Hier können die Sensoren die verschiedenen Kabelfarben erkennen und entsprechend zuordnen (Bild 1), z. B. für die Steckerkonfektionierung. Ebenso lassen sich elektronische Bauteile auf Farbcodierung, Funktion (LEDs), (Bild 2), Helligkeit und Einbaulage überprüfen oder sogar den Lötzustand kontrollieren.

Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich ist in der Pharmazie zu finden. Anhand bestimmter Farbunterschiede können die Sensoren nicht nur die Anwesenheit, sondern auch die richtige Position oder eventuelle Beschädigungen überprüfen (Bild 3).

Farbmarkierungen dienen außerdem im weiten Feld der Verpackungsindustrie als einfache aber praktische Positionierhilfe. Bei anspruchsvollen Anwendungen kann man sogar mit regelrechten Farbcodes arbeiten – oft eine preisgünstige Alternative zu Strichcodierungen. Farbcodes eignen sich beispielsweise gut für die Identifizierung von Werkzeugen oder Werkzeugträgern in automatischen Bearbeitungs- oder Fertigungszentren. Auch in der Pharmaindustrie arbeitet man mit bestimmten Farbfolgen, um Pillen und Verpackungen zuzuordnen. In der Lager- und Fördertechnik und bei der Zuführung von Komponenten in automatischen Montagelinien sind einfache Farbcodierungen ebenfalls eine interessante Alternative zur logistischen Zuordnung.

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