Erkennung transparenter Objekte bis 1.000mm mit Optosensoren ohne Reflektor

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Durchsichtige Materialien sind nicht nur in der Verpackungsindustrie allgegenwärtig, auch in anderen Industrien gewinnen sie immer mehr an Bedeutung. Die zuverlässige Erkennung von transparenten Objekten wie Glas, Flaschen, Schalen und Trays oder Folien ist jedoch immer noch eine Herausforderung. Umgebungsbedingungen und Verschmutzungsrisiko, Geschwindigkeit der Erkennung, Reichweite bzw. Objektentfernung sowie unterschiedliche Objekt- und Materialeigenschaften favorisieren verschiedene Sensoren. Dabei gibt im Bereich der optischen Objekterkennung Neuheiten zu vermelden.
Neben verschmutzungsunempfindlichen Ultraschallsensoren, die selbst hochtransparente Objekte sicher erkennen, sind Lösungen auf Basis schneller, punktgenauer, optoelektronischer Sensoren weit verbreitet. Traditionell sind dies Lichtschranken, die einen Reflektor voraussetzen und dadurch relativ wartungsintensiv sind. Oft ist eine regelmäßige Reinigung oder der Tausch beschädigter Reflektoren von Nöten. Zudem muss der Reflektor in Konstruktion und Montage bedacht werden. Deshalb gibt es seit einiger Zeit Lichtschranken ohne Reflektor. Ein Nachteil dieser Sensoren bestand aber in der geringen Reichweite, der bisher bei etwas über 500mm Objektentfernung lag, und in einem eingeschränktem Erfassungsbereich. Zudem machte eine performante optische Erkennung verschiedene Produktvarianten für unterschiedliche Materialen bzw. Objekttypen erforderlich. Einen Schritt zur Lösung bieten die O300- und O500-Smartreflect-Transparent-Sensoren von Baumer. Mit einer Reichweite bis zu 1.000mm und einer Ansprechzeit von 0,25ms ermöglichen sie die hochperformante Erkennung transparenter Objekte ohne wartungsintensiven Reflektor. Zudem ist es möglich, durch intelligente automatische Konfiguration verschiedene Objektarten mit nur einem Sensortyp sicher zu erkennen. Im Folgenden werden wichtige Themen für die Auswahl von optischen Sensorlösungen ohne Reflektor für die Erkennung transparenter Objekte erläutert.

Vibrations- und verschmutzungsunempfindlich

Je höher die Transmission des Objekts, z.B. bei einer sehr dünnen Folie, und je näher das Objekt am Hintergrund detektiert werden soll, desto größer ist die Herausforderung für den Sensor zwischen einem verschmutzten Hintergrund und dem Objekt zu unterscheiden. Eine Möglichkeit die Detektion robuster zu gestalten, ist die Hintergrundposition und den Erfassungsbereich deutlich zu differenzieren, d.h. den Erfassungsbereich einzuschränken. Damit erhöht sich aber auch der Bereich, in dem keine Objekterfassung möglich ist. Dass dies die Freiheitsgrade beim Bau einer Maschine oder Anlage reduziert, versteht sich von selbst. Der Algorithmus zur Erkennung wurde bei den SmartReflect-Transparent-Sensoren so verbessert, dass sie in einem Abstand von 1.000mm vor einem verschmutzten Hintergrund montiert werden können und dennoch in einem Bereich von bis zu 850mm zuverlässig transparente Objekte erfassen. Dies entspricht einem Blindbereich von gerade einmal 15 Prozent. Vergleichbare Produkte am Markt reduzieren den effektiven Erfassungsbereich von 700mm auf 400mm. Zudem kompensiert die intelligente Auswertung selbst starke Vibrationen im System.

Reichweite

Lichtschranken ohne Reflektor beruhen auf dem Triangulationsprinzip. Die Reflektion eines beliebigen Hintergrunds in einem fixen Abstand wird eingelernt. Objekte, die zwischen Hintergrund und Sensor positioniert werden, reflektieren das Licht in einem größeren Winkel und triggern damit die Lichtschranke. Durch diese Winkelmessung wird die maximale Reichweite stark von der Baugröße bestimmt (Abstand zwischen dem im Gehäuse integrierten Sender und Empfänger). Durch die intelligente Verknüpfung von Reflektionswinkel- und Intensität des empfangenen Lichts in dem neu entwickelten Algorithmus, sind nun Reichweiten von 1.000mm möglich – und das bei einer Gehäusehöhe von nur 45mm. Werden Reichweiten >1m gefordert, sind aber immer noch Reflexionslichtschranken mit Reflektor auch für transparente Objekte die richtige Wahl.