Fremdlichtsicherheit sorgt bei Optosensoren für zuverlässige Objekterkennung

Störfaktor LED-Beleuchtung

Fremdlicht ist für Lichtschranken und Lichttaster ein häufiger Störfaktor. Vor allem die beliebten LED-Lichtquellen erschweren die zuverlässige Objekterkennung. Durch ihre hohe Fremdlichtsicherheit eliminieren die Lichtschranken und Lichttaster der neuen Generation von Baumer viele potentielle Fehlerquellen im Produktionsbetrieb.
 Direktes LED-Gegenlicht kann die Funktionalität von optischen Sensoren negativ beeinflussen und den Produktionsprozess stören. Unter anderem dank eines innovativen Algorithmus zeichnet sich die aktuelle Generation optischer Sensoren von Baumer durch außergewöhnlich hohe Fremdlichtsicherheit aus.
Direktes LED-Gegenlicht kann die Funktionalität von optischen Sensoren negativ beeinflussen und den Produktionsprozess stören. Unter anderem dank eines innovativen Algorithmus zeichnet sich die aktuelle Generation optischer Sensoren von Baumer durch außergewöhnlich hohe Fremdlichtsicherheit aus.Bild: Baumer Holding AG

Bei der Objekterkennung kommen häufig optische Sensoren zum Einsatz, da sie präzise, kontaktlos und mit kurzen Ansprechzeiten detektieren. Allerdings haben Lichtschranken und -Lichttaster eine Schwachstelle: Sie funktionieren meist mit sichtbarem Licht. Dieser Spektralbereich kommt auch in Kunstlicht oder Sonnenlicht vor, aber nicht nur. Deshalb können Lichtquellen bei optischen Sensoren auch Fehldetektionen verursachen. Insbesondere LED-Beleuchtung und helles Sonnenlicht haben sich als – oft nur schwer zu ermittelnde – Störfaktoren herausgestellt.

Bild: Baumer Holding AG

LED-Licht erhöht die Wahrscheinlichkeit von Fehldetektionen

Bei Neu- oder Ersatzinstallationen werden immer häufiger LEDs als Deckenlicht und für die Maschinenbeleuchtung eingesetzt. Wegen des geringen Stromverbrauchs bei hoher Lichtausbeute sind sie deutlich wirtschaftlicher als alternative Lichtquellen. Zudem sorgen Vorschriften dafür, dass Leuchtstofflampen künftig in der EU sowie in der Schweiz nicht mehr verkauft werden dürfen. Das kann Auswirkungen auf automatisierte Prozesse haben, da sich durch die zunehmende Verwendung von LEDs in den Produktionshallen die Fremdlichtbedingungen und somit die Störfaktoren für optische Sensoren ändern. Die Wahrscheinlichkeit für Fehldetektionen steigt, da sich optische Sensoren in unterschiedlichen Frequenzbereichen von LED-Lichtquellen stören lassen. Das haben Untersuchungen von optischen Sensoren verschiedener Hersteller gezeigt.

Eine zuverlässige Objekterkennung mit Optosensoren ist mit einer anderen Beleuchtung nicht mehr gewährleistet. Solange sich das zeitliche Schaltverhalten durch den Fremdlichteinfluss nicht ändert, ist die Fehlersuche relativ einfach. Ganz anders sieht es bei den optischen Sensoren aus, die in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Störfrequenzen adaptiv den internen Messzyklus erhöhen. Für den Anwender hat das eine erhöhte Ansprechzeit bzw. Schaltzykluszeit zur Folge. Das wiederum kann dazu führen, dass die Prozesstaktzeiten nicht mehr eingehalten werden und es zu einem kompletten Maschinenstillstand oder im schlimmsten Fall zu einem Maschinencrash kommen kann. Die Fehlersuche gestaltet sich hier äußerst schwierig, da nicht gleich offensichtlich ist, woher die Störung rührt und sie auch von alleine wieder verschwinden kann.

Erschwerend kommt hinzu, dass nicht nur LED-Deckenlampen die Funktionsfähigkeit von Lichtschranken und Lichttastern negativ beeinflussen. Auch dicht beieinander montierte Sensoren oder Belichtungssysteme für Industriekameras sind potenzielle Störfaktoren.

 Die O200-Serie von Baumer ist nicht nur besonders fremdlichtsicher, sondern schafft dank kompakter Bauform große Freiheiten für das Maschinendesign.
Die O200-Serie von Baumer ist nicht nur besonders fremdlichtsicher, sondern schafft dank kompakter Bauform große Freiheiten für das Maschinendesign. Bild: Baumer Holding AG

Fremdlicht-Algorithmus eliminiert Fehlerquellen

Der einfachste Weg, zeitintensive Fehlersuchen zu vermeiden, ist die zuverlässige Objekterkennung durch optische Sensoren – zuverlässig unter allen denkbaren Lichtbedingungen inklusive LED-Beleuchtung. Schon früh hat Baumer das Fremdlicht, inbesondere LEDs, als gewichtigen Störfaktor identifiziert und mit einer eigenen Forschung die Grundlagen für einen neuen Standard in der Detektionssicherheit gelegt. Die aktuelle Generation optischer Sensoren von Baumer zeichnet sich deshalb durch außergewöhnlich hohe Fremdlichtsicherheit aus, hinter der ein innovativer Algorithmus steckt.

Vereinfacht gesagt funktioniert die Fremdlichtunterdrückung so: Zu Beginn eines jeden Messzyklus werden die verschiedenen Einflussfaktoren der Störlichtquelle mit so genannten Dunkelmessungen ermittelt und durch einen entsprechenden Regelkreis sowie innovative Algorithmen kompensiert. Aufgrund einer kontinuierlichen Bewertung dieser Einflussfaktoren passt sich der Sensor automatisch an Änderungen der Beleuchtungssituation an. Zusammen mit einer hochpräzisen Optik sowie einer leistungsfähigen Elektronik sorgt dies für eine gleichbleibend hohe Messgeschwindigkeit und damit eine kurze Ansprechzeit des Sensors von 0,5ms. Diese Kombination aus Geschwindigkeit und Fremdlichtsicherheit prädestiniert die fremdlichtsicheren Lichtschranken und Lichttaster von Baumer für viele Automatisierungsanwendungen.

Zu den optischen Sensoren aus dem umfassenden Baumer Portfolio mit außergewöhnlich hoher Fremdlichtsicherheit zählen beispielweise die Sensorfamilien O200 und O330. Da diese Sensoren auch unempfindlich gegen LED-Störlicht sind, schließen sie die Fehlerquelle Fremdlicht im Produktionsbetrieb von Anfang an aus.

Fazit

Optische Sensoren, die sich durch Fremdlicht beeinflussen lassen, können die Prozesssicherheit durch Fehlschaltungen gefährden. Wenn die Ursache nicht leicht ersichtlich ist, sind aufwendige und kostenintensive Fehlersuchen nötig. Oft sind Anlagenstillstände die Folge. Baumer hat mit umfangreichen Forschungsprojekten diese Schwachstellen optischer Sensoren untersucht und zuverlässig funktionierende Lösungen entwickelt. Dank ihrer hohen Fremdlichtsicherheit eliminieren die Lichtschranken und Lichttaster der neuen Generation von Baumer viele potentielle Fehlerquellen im Produktionsbetrieb. Das sorgt für mehr Prozesssicherheit auch bei sich ändernden Lichtverhältnissen und bildet die Basis für einen sicheren 24/7-Betrieb und maximale Anlagenverfügbarkeit.

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