schulungsunterlagen optische sensoren - ifm.com optische sensoren 3 inhaltsverzeichnis 1 einleitung

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    Schulungsunterlagen

    Optische Sensoren

  • Schulungsunterlagen

    2

    weitere Informationen, Datenblätter, Preise usw. finden Sie hier: www.ifm-electronic.com

    Schulungsunterlagen Optische Sensoren (Stand März 2003) P:\daten\Texte\200\Se200k.doc 27.10.06 12:48

    Hinweis zur Gewährleistung

    Dieses Handbuch wurde unter Beachtung der größtmöglichen Sorgfalt erstellt. Gleichwohl kann keine Garantie für die Richtigkeit des Inhaltes übernommen werden.

    Da sich Fehler trotz intensiver Bemühungen nie vollständig vermeiden lassen, sind wir für Hinweise jederzeit dankbar.

    Im übrigen behalten wir uns technische Änderungen der Produkte vor, so dass sich auch insoweit Abweichungen von dem Inhalt der Seminarunterlagen ergeben können.

  • Optische Sensoren

    3

    Inhaltsverzeichnis

    1 Einleitung 6

    1.1 Optische Sensoren im industriellen Einsatz 6

    1.2 Schreibweise 8

    1.3 Zum Inhalt 8

    2 Licht 10

    2.1 Elektromagnetische Wellen 10

    2.1.1 Natur des Lichts 10

    2.1.2 Bereiche der Wellenlänge 12

    2.1.3 Entstehung von Licht 15

    2.1.4 Das Strahlungsspektrum 18

    2.2 Strahlung und Temperatur 21

    2.2.1 Schwarze Strahler 21

    2.2.2 Emission 21

    2.2.3 Reflexion und Farbe 22

    2.3 Laser 24

    2.3.1 Bedeutung 24

    2.3.2 Eigenschaften 25

    2.3.3 Begriffe 27

    2.3.4 Lasersensoren 28

    2.4 Brechung 29

    3 Eigenschaften der optischen Sensoren 32

    3.1 Vergleich mit anderen Sensorarten 32

    3.1.1 Eingrenzung 32

    3.1.2 Störfestigkeit der Sensorarten 33

    3.1.3 Entfernungsbereiche von Sensorsystemen 33

    3.2 Die Einweglichtschranke 34

    3.2.1 Funktionsweise 34

    3.2.2 Hinweise zum praktischen Einsatz von ELS 38

    3.3 Die Reflexlichtschranke 43

    3.3.1 Funktionsweise 43

    3.3.2 Hinweise zum praktischen Einsatz von RLS 48 3.3.2.1 Geräte mit Polfilter 48 3.3.2.2 Lasergeräte und Tripelspiegel 50

  • Schulungsunterlagen

    4

    3.3.2.3 Tripelspiegel 51 3.3.2.4 Zusammenfassung 53

    3.4 Der Reflexlichttaster 54

    3.4.1 Funktionsweise 54

    3.4.2 Hinweise zum praktischen Einsatz von RLT 56 3.4.2.1 Tastweite 56 3.4.2.2 Einstellung 58 3.4.2.3 Hintergrundausblendung 60 3.4.2.4 Zusammenfassung 64

    3.4.3 Geräte mit speziellen Eigenschaften 65

    3.5 Fiberoptiken 67

    3.5.1 Typische Einsatzfälle 67

    3.5.2 Funktionsweise 68

    3.5.3 Hinweise zum praktischen Einsatz von Lichtleitern 71

    3.6 Hell- und Dunkelschaltung 73

    3.7 Funktionsreserve 76

    3.7.1 Bedeutung 76

    3.7.2 Einstellung 78

    3.8 Schaltfrequenz 80

    4 Optische Sensoren der ifm 83

    4.1 Technik 83

    4.1.1 Realisierung (Schaltung) 83

    4.1.2 Betriebssicherheit und Vorausfall 85

    4.2 Strom- und Spannungsbereiche 91

    4.2.1 Reststrom, Mindestlaststrom und Spannungsfall 92

    4.2.2 Anschluss 92

    4.3 Bedienung 97

    4.3.1 Einstellung der Reichweite 97 4.3.1.1 OG als ELS 98 4.3.1.2 OG als RLS 98 4.3.1.3 OG als RLT 100 4.3.1.4 OGH als RLT mit Hintergrundausblendung 102 4.3.1.5 Anzeigen und weitere Einstellungen 102

    4.3.2 Zeitfunktionen 106

    4.4 Mechanische Eigenschaften 112

    4.4.1 Bauformen und Reichweiten 112

    4.4.2 Montage 112

    4.4.3 Umlenkspiegel 122

    4.5 Übersicht 122

  • Optische Sensoren

    5

    4.6 Geräte mit besonderen Eigenschaften 125

    4.6.1 Seitlich oder frontal 125

    4.6.2 Externer Verstärker 125

    4.6.3 Kontrasttaster 127

    4.6.4 Farbsensor 128

    5 Infrarotsensoren 131

    5.1 Funktionsprinzip 131

    5.1.1 Strahlung 131

    5.1.2 Emissionsgrad 132

    5.1.3 Technik 133

    5.2 Hinweise zum praktischen Einsatz 135

    5.2.1 Öffnungswinkel 135

    5.2.2 Einstellung beim OWI 139

    5.2.3 Bedingungen für die Anwendung 140

    6 Applikationen 143

    6.1 Optische Sensoren 143

    6.1.1 Gerätetypempfehlungen 143

    6.1.2 Anwendungsbeispiele 144

    6.2 IR-Sensoren 150

    Anhang 159

    Typenschlüssel 159

    Produktionscode 161

    Tabelle Emissionsgrad 162

    Tabelle Reichweite auf Tripelspiegel 164

    Kleines technisches Lexikon 168

    Index 172

  • Schulungsunterlagen

    6

    1 Einleitung

    1.1 Optische Sensoren im industriellen Einsatz

    Wozu? Optische Sensoren, manchmal auch optoelektronisch genannt, sind un- verzichtbare Komponenten in fast allen automatisierten Herstellungspro- zessen geworden.

    Dort wo Teile sicher und schnell erfasst, positioniert oder gezählt werden sollen, kommen optische Sensoren zum Einsatz.

    Von den vielfältigen Applikationen soll hier zunächst nur ein Beispiel ge- zeigt werden. Weitere Applikationen sind weiter unten zu finden (siehe z. B. 6.1.2).

    Abbildung 1: Kanten- und Durchhangüberwachung

    Was wird hier überwacht? Das Beispiel zeigt die Vielfalt der möglichen Anwendungen. Überwacht wird, ob das Material gerade läuft und ob es weit genug durchhängt. Dieser Durchhang bildet sozusagen einen Puffer, damit, bei einer Störung des Ablaufs, oder bei plötzlichem Stopp, das Material nicht reißt. Die Viel- falt bezieht sich hier auf die Branchen, bei denen diese Anwendung vor- kommt:   Papierherstellung   Papierverarbeitung (Druckerei, Verpackungsindustrie)   Kunststoffverarbeitung (Herstellung von Tragetaschen)   Textilindustrie usw.

  • Optische Sensoren

    7

    Der Marktbereich der Optoelektronik ist als der größte Bereich innerhalb der binären Positionssensorik anzusehen. Tendenziell wird sich der Markt vergrößern. Prognostiziert sind Marktsteigerungen von ca. 8 - 9% jähr- lich.

    Beispiele Bauform Zubehör Marktsegment

    OF --- Verpackungsindustrie OBF Fiberoptiken Verpackungsindustrie und

    Automation OG Systemkomponenten

    Befestigung Verpackungsindustrie; Lebensmittelindustrie

    OL Befestigungstechnik Fördertechnik OJ Montagekomponenten Lebensmittelindustrie

    Zum Standard heutiger moderner optischer Sensoren gehört die präzise Optik in Verbindung mit intelligenter Elektronik. Beide Teilkomponenten werden in robusten Gehäusen aus widerstandsfähigem Kunststoff oder Metall integriert. Die technischen Probleme früherer Sensorgenerationen wie Fremdlichtbeeinflussung oder kurze Reinigungs- und Wartungsinter- valle sind heute weitgehendst beseitigt.

    Drei physikalische Grundprinzipien mit jeweils diversen Untergruppen er- möglichen die Lösung vielfältiger Probleme in unterschiedlichsten Appli- kationen. Die richtige Auswahl des Grundprinzips und der Bauform ist für die sichere Funktion von großer Bedeutung. Dabei ist die Tast- bzw. Reichweite ein Hauptkriterium für die Auswahl des geeigneten Sensors (siehe 3).

    Aktuell und zukünftig

    Komfort und Sicherheit Mehr Intelligenz in den Sensor zu bringen ist ein aktueller Trend (siehe z. B. 3.4.2). In Zukunft wird es kaum noch einen optischen Sensor ohne Mikroprozessor geben. Das wird für den Anwender zu mehr Komfort bei der Anwendung und speziell der Einstellung und zu weiter erhöhter Be- triebssicherheit führen.

    Mechanik Ein weiterer Trend, der sich auch bei anderen Sensortypen zeigt, besteht darin, dass der Nutzen für den Anwender durch sinnvolles Zubehör zu steigern ist. Hier sind es Befestigungswinkel, die den Sensor auch gegen mechanische Beschädigung im rauen Einsatz schützen und Montagezu- behör, das die Ausrichtung und Justage erleichtert. Das wird auch des- halb immer wichtiger, weil die Sensoren durch den Einsatz von Mikropro- zessoren und Weiterentwicklung anderer Bauteile immer kompakter werden. Sensoren mit vergleichbaren oder verbesserten Leistungsdaten werden nur einen Bruchteil des Volumens früher entwickelter Geräte ein- nehmen.

    Spezielle Anwendungen Geräte, wie z. B. der OL, werden durch robuste Haltewinkel tauglich für Anwendungen in der Fördertechnik gemacht. Andere Geräte haben spe- zielle optische Eigenschaften für spezielle Einsatzfälle, z. B. Farbsensoren, Kontrasttaster oder Lasergeräte. Um deren Funktionsweise und Eigen- schaften besser zu verstehen, wurde das Kapitel über optische Grundla- gen stark erweitert.

  • Schulungsunterlagen

    8

    1.2 Schreibweise

    Zum besseren Verständnis sollen einige Schreibweisen erläutert werden, die das Lesen des Texts und das Auffinden von Informationen darin er- leichtern sollen.

    Stichworte Am linken Rand stehen Stichworte, die darauf hinweisen, welches Thema im folgenden Abschnitt behandelt wird.

    Was bedeutet FAQ? Das bedeutet Frequently Asked Questions, also häufig gestellte Fragen. Das ist ein Begriff, der z. B. auch bei modernen elektronischen Medien verwendet wird. Fast jeder, der in ein neues Gebiet einsteigt, steht auch vor den selben Fragen. Gelegentlich werden sie an Stelle eines Stichwor- tes einem Absatz vorangestellt. Um sie von einfachen Stichworten zu un- terscheiden, werden sie in kursiver Schrift dargestellt.

    ( 4) Eine Ziffer in runden Klammern am linken Rand markiert eine Formel, auf die im weiteren Text Bezug genommen wird, z. B. siehe ( 4). Diese For- meln sollen natürlich nicht alle auswendig gelernt werden. Sie sollen das Verständnis des Stoffes erleichtern, weil eine Formel, ähnlich wi

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