Optosensorik bringt Farbe ins Spiel

Dipl.-Ing. (FH) Dietrich Homburg und Ellen-Christine Reiff, M. A., beide RBS Stutensee

Farbsensoren erkennen die Farbe eines Objektes durch den Vergleich mit einer eingelernten Referenzfarbe. Wenn beide Farben innerhalb bestimmter Toleranzen übereinstimmen, erzeugen sie ein Schaltsignal. Im praktischen Einsatz müssen sich die Sensoren schnell und unkompliziert „teachen“ lassen und im Bedarfsfall auch kleinste Farbunterschiede zuverlässig erkennen. Der Farbsensor CRT 448 trägt diesen Anforderungen in besonderer Weise Rechnung. Mit 50 mm Tiefe, 42 mm Höhe und 23 mm Breite ist der kompakte Zwerg obendrein auch noch das wohl kleinste Gerät seiner Klasse.

Der Farbsensor arbeitet mit drei farbigen Leuchtdioden. Deren rotes, grünes und blaues Sendelicht wird über spezielle Spiegel und Linsen zu einem rechteckigen 3 x 5 mm großen Lichtfleck zusammengefasst. Der Abtastfleck ist damit klein genug, um kleine, scharfkantige Farbmarken zuverlässig zu detektieren. Seine Größe reicht aber auch aus, um strukturierte oder gemusterte Materialien zu erkennen. Jedem Farberkennungskanal kann ein eigenes Toleranzband zugeordnet werden. Damit lassen sich Schwankungen der Tastweite ausgleichen. Flatternde Farbmarken, unebene Objektoberflächen oder unscharfe Farbverläufe werden so nicht zum Problem. Der Sensor lässt sich über drei Folientasten auf der Geräterückseite einstellen.

Im industriellen Einsatz überzeugt er auch durch seine Schnelligkeit. Seine Ansprechzeit beträgt 300 µs. Bei einer Bandgeschwindigkeit von 2 m/s erkennt er Farbmarken von nur 4 mm Breite zuverlässig. Eine Schaltfrequenz von 1600 Hz, vier Farbkanäle mit zwei oder vier Schaltausgängen, ein Synchronisationseingang zur Aktivierung der Farberkennung und die mit IP 67 sehr hohe Schutzart erlauben den Einsatz in vielen industriellen Bereichen, zum Beispiel beim Sortieren farbiger Objekte, bei Qualitätskontrollen oder bei der Erkennung von Farbmarkierungen in den unterschiedlichsten Anwendungen.

Druckmarken müssen auch bei geringem Kontrast zum Hintergrund und hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten sicher erfasst werden. Der Multicolor-Kontrasttaster KRTM 20 ist für solche Anwendungen geradezu prädestiniert. Er arbeitet mit drei Sendefarben (RGB) und erkennt auch noch kleinste Grauwertunterschiede von bis zu 2 Prozent. Das Einlernen einer Marke geschieht wahlweise statisch oder dynamisch bei bewegtem Objekt. Beim Teach-In wird automatisch für die jeweilige Kontrastkombination die Senderfarbe ausgewählt, die die größte Funktionssicherheit bietet. Die Bedienung erfolgt direkt am Gerät oder mittels Fernabgleich.

Der eigentliche Lichtfleck besteht aus vier sehr kleinen Lichtpunkten, wodurch eine optimale Markenwiederholgenauigkeit erreicht wird. Durch geringe Defokussierung in Richtung Fernbereich erhält man einen homogenen rechteckigen Lichtfleck. Dadurch lassen sich auch inhomogene Materialien erfassen, zum Beispiel marmorierte Flächen oder verschwommene Kanten. Durch die kurze Ansprechzeit von 20 µs eignet sich der Taster auch für schnelle Prozesse. Pro Sekunde kann er bis zu 25.000 Grauwertunterschiede zuverlässig erkennen. Je nach Anwendung kann der Anwender zwischen verschiedenen Optikvarianten mit 12, 20 oder 50 mm Brennweite wählen. Zur Aktivierung gibt es einen Synchronisationseingang; Digital- oder Analogausgang stehen zur Wahl. Außer für die Druckmarkenerkennung eignet sich der Sensor beispielsweise für die Detektion von Höhenunterschieden, Aufdrucken, Vertiefungen, die Erkennung von dünnen Drähten vor beliebigem Hintergrund oder für die Blisterpositionierung in der pharmazeutischen Industrie.

Eine abgespeckte Variante arbeitet nur mit grünem Sendelicht. Sie eignet sich als kostengünstige Alternative für alle Applikationen, bei denen der Kontrast zwischen Marke oder Hintergrund mit grünem Licht erkannt werden kann. Darüber hinaus bietet der Sensor aber noch eine Besonderheit, die sich in der Praxis bei vielen Anwendungen als nützlich erweist: Beim Teach-In passt sich die Lichtintensität automatisch der zu detektierenden Oberfläche an. Dies verhindert bei glänzender Oberfläche ein Übersteuern. Die Sendediode strahlt dann dunkler.

Nicht in allen Anwendungen, bei denen anhand von Marken automatische Fertigungs- und Berarbeitungsprozesse gesteuert oder kontrolliert werden sollen, gibt es einen deutlichen Unterschied zwischen Markierung und Untergrund. Oder die Markierungen sollen applikationsbedingt mit bloßem Auge nicht erkennbar sein. Typische Beispiele gibt es in der Texil- oder Holzindustrie, bei Materialien mit Leimauftrag oder Fetten und Ölen. Hier sind mit den beschriebenen photoelektrischen Sensoren keine eindeutigen Aussagen möglich. Stattdessen bieten sich Lumineszenztaster an. Sie nutzen den pysikalischen Effekt der Photo-Lumineszenz, bei der Licht einer kürzeren Wellenlänge in längerwelliges umgewandelt wird:

Die wartungsfreie LED des Lumineszenztasters LRT 440 strahlt sichtbares Blaulicht im Wellenbereich von 370 beziehungsweise 450 nm ab. Der Taster wurde speziell für die Detektion lumineszierender Materialien oder Marken entwickelt. Es wird über einen Farbteiler auf die abzutastende Oberfläche fokussiert. Luminesziert das Material nicht, gelangt kein Licht durch den Farbteiler auf den Empfänger. Bei lumineszierenden Materialien dagegen regt das blaue Licht den Stoff zur Emission von längerwelligem Licht an, das durch den Farbteiler zum Empfänger gelangt. Mit zusätzlichen Filtern lassen sich auf diese Weise sogar unterschiedlich lumineszierende Materialien voneinander unterscheiden. Der Taster verfügt über Reichweiten von 30, 50, 100 oder 150 mm. Die Schaltfrequenz liegt bei 2 kHz, optional sind auch 10 kHz möglich. Die Empfindlichkeit lässt sich an die Applikation anpassen. Dank der kompakten Bauform lässt sich der Sensor auch bei beengten Platzverhältnissen gut montieren. Ein M 12-Steckverbinder erleichtert den elektrischen Anschluss.

Weitere Informationen A QE 400