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Sensorik

Einblicke und Durchblicke

Anwendungen und Bauformen von Lichtleitersensoren – Lichtleitersensoren werden für Schutz- und Erkennungsfunktionen eingesetzt. Es sind Aufgabenstellungen, die in ähnlicher Form auch beim Condition Monitoring umzusetzen sind.
In der Automatisierungs-, Sicherheits- und Montagetechnik werden Lichtleiter vor allem dort verwendet, wo optische Standardkomponenten wie Lichtschranken aufgrund spezifischer Umgebungsbedingungen nicht einsetzbar sind. So rechtfertigen etwa hohe Temperaturen bis +600°C, geringe Einbaumaße oder die Notwendigkeit der Installation an schwer zugänglichen Stellen den Einsatz von Lichtleitern und ermöglichen flexible Lösungen mithilfe der optischen Sensorik. Da die Auswerteelektronik und die opto-elektronischen Bauelemente separat angeordnet sind, eignen sich Lichtleiter speziell auch für explosionsempfindliche Umgebungen.

In der Montage- und Handhabungstechnik dienen Lichtleitersensoren primär zur Erfassung der Anwesenheit von Objekten, wobei die Schaltgenauigkeit im Bereich von Zehntelmillimetern liegen kann. Darüber hinaus lassen sich aber auch Asymmetrien oder andere optische Eigenschaften von Objekten nutzen, um Signale für das Automatisierungssystem zu generieren.

Außer im reinen ,Schrankenbetrieb‘ lassen sich Lichtleitersensoren aber auch zur Unterscheidung von Lichtintensitäten, etwa zwischen verschiedenen Grauwerten, einsetzen. Derartige Funktionen sind vor allem bei der der Qualitätskontrolle gefragt.

Das breite Anwendungsspektrum in allen Bereichen der Technik bedingt die Vielfalt von verfügbaren Tastköpfen: Koaxiale Lichtleiter zur Positionierung oder Vermessung von Objekten gehören dazu, aber auch Zeilen-Arrays zur Kanten- oder Bereichsüberwachung oder Lichtleiter mit fokussierter Optik, die auch kleinste Ausbrüche an Bauteilen oder gar transparenten Medien im Reflex- oder Doppellichtbetrieb erkennen können.

Mit diesen Lichtleitern lassen sich, genau so wie mit Kompaktgeräten, verschiedene Abtastarten realisieren. Dabei wird unterschieden zwischen Durchlichtbetrieb und Reflexbetrieb.

Beim Durchlichtbetrieb arbeitet das Lichtleitersystem wie eine Lichtschranke. Der Sende- und Empfangszweig wird dabei in einem zweiarmigen Lichtleiter realisiert. Bei großen Arbeitsabständen, transparenten Gegenständen, Flüssigkeiten, Gütern mit hohen Temperaturen und glänzenden Oberflächen, die durch verschiedene Winkelstellungen der Einzelarme mit dieser Art der Anordnung besonders gut erfassbar sind, bietet der Durchlichtbetrieb dem Automatisierer oft die einzige sichere Abtastlösung.

Im Reflexbetrieb, bei dem nach der Methode des Reflexionstasters gearbeitet wird, ist der Sende- und Empfangszweig in einem Faserbündel gemischt; dies wird auch als koaxiale Anordnung bezeichnet.

Die Tastweiten bei diesen Betriebsarten sind weitgehend von der Sendeleistung des Lichtleiterverstärkers und dem Durchmesser und der Transmission des Faserbündels abhängig. Winkelanordnungen mit um 45° oder 90° gebogenen Tastköpfen unterstützen die Flexibilität des optischen Sensorsystems zur einfachen Abfrage an schwierigen Messstellen.

Außerdem gestatten beliebige Bündelungen von einzelnen Fasern eine große Anzahl von Sonderausführungen. So bietet etwa die Eltrotec Lichtleiterserie ,Fasop‘ eine große und flexible Variantenvielfalt an Faserbündeln, verschiedenen Manteltypen und Tastköpfen in Form eines Baukastens.

Spezielle Bauformen sind beispielsweise Lichtleiter für den Ex-Bereich mit separaten Durchführungen, Hochtemperaturausführungen bis 600°C für Dehnungsmessungen an Turbinen, Quarzglastypen für den UV-Bereich, wie zum Beispiel für die Glaserkennung an Glasschneidemaschinen, Mantelausführungen mit erhöhtem Vibrationsschutz für bewegte Lichtleiter, wie sie in Roboterarmen eingesetzt werden, oder sogar Lichtleiter mit separaten Drehüberträgern, um Signale aus rotierenden Wellen an Lichtleiterverstärker zu übertragen. Die hohe Flexibilität und Funktionalität von Sensorsystemen wie CLS-K, IFA und der Fasop-Lichtleiter erschließen dem Anwender eine große Anzahl von Applikationen. Anwesenheitskontrolle und Lageerkennung von Teilen, Prüfaufgaben, Positions- und Montagekontrolle an Montageautomaten und Zuführsystemen, oder die Bahnkantenerfassung und -regelung stellen nur einen kleinen Ausschnitte der Einsatzfelder dar. Neben der Anwendung in der optischen Sensorik eignen sich Lichtleiter auch hervorragend für Beleuchtungsaufgaben. Dort steht dem Anwender, neben den Lichtleitern der Serie Fasop, eine große Anzahl von Lichtquellen zur Verfügung; heute bereits in der neuesten LED-Version, die 10 Mlux Lichtleistung zur Verfügung stellt.

Eltrotec Sensor, Tel.: 07161 98872 300
Mail: vertrieb@eltrotec.com,
www.eltrotec.com

Lichtleiter – Prinzip und Aufbau
Der Lichtleiter besteht aus einem hochtransparenten Kern (core) mit hohem und aus einem Mantel (cladding) mit niederem Brechungsindex. Der lichtführende Kern, der aus Glas oder aus transparentem Kunststoff besteht, überträgt das Lichtsignal. Dabei wird sichtbares, infrarotes oder ultraviolettes Licht nach dem Prinzip der Totalreflexion durchgeleitet.

Der Durchmesser der Einzelfaser beträgt bei den Eltrotec Fasop Lichtleitern 30, 50, 70 und 100 μm, wobei die 70-μm- Faser das optimale Verhältnis zwischen Transmission (Durchlässigkeit) und Flexibilität des Lichtleiters darstellt.

Bei einfacheren, preiswerteren Anwendungen können die Lichtleiter auch mit Kunststofffasern ausgerüstet werden. Die Wahl von Glas oder Kunststoff hängt von den jeweiligen Bedingungen ab, so von den Temperaturen, den zu überbrückenden Abständen oder applikationsspezifischen Sendewellenlängen.Damit das Lichtsignal weiterverarbeitet werden kann, muss der Lichtleiter in einen Lichtleiterverstärker und eine Endhülse (Tastkopf) eingefügt werden. Die Adaption an den Verstärker dient zur weiteren Signalverarbeitung.

Dabei wird das Lichtsignal dann in ein digitales oder analoges elektrisches Steuersignal umgesetzt. Der Tastkopf stellt den optischen Kopf des Sensors dar und dient zur mechanischen Befestigung der Überwachungstechnik in der Anlage.

Lichtleiter – Lichtleiterverstärker
Eltrotec Sensor bietet eine ganze Palette an Lichtleiterverstärkern. Zur Verfügung stehen einfach ,Teach-in‘ bedienbare Versionen der Serien 946, 966 und 989 in sehr kleiner Bauweise, die mit Kunststofflichtleitern ausgerüstet sind und sich auf DIN-Schienen montieren lassen.

Die Mess- und Prüf-Verstärker der Serie CLS-K und IFA lassen Messfrequenzen von 4 – 8 kHz zu, können Auflösungen ab 0,1 mm generieren und werden als Rotlicht-, Infrarot- oder UV-Licht-Typen ab einer Wellenlänge vom 280 nm angeboten. 0 – 10 V DC, 4 – 20 mA, potentialfreie Ausgänge oder Relais-Ausführungen, Anzeigedisplays und variable Verstärkungseinstellungen kennzeichnen diese Serien. Spezialtypen mit kompensiertem Temperaturgang (ΔK ≤ 0,05 %/°C Drift) für Tief- oder Hochtemperaturanwendungen bei Schutzklasse IP67 sind vorhanden. Tastweiten von 200 mm und Reichweiten von 2 000 mm im Durchlichtbetrieb werden erreicht.