PresseBox
Pressemitteilung BoxID: 237347 (Micro-Epsilon Eltrotec GmbH)
  • Micro-Epsilon Eltrotec GmbH
  • Heinkelstr. 2
  • 73066 Uhingen
  • http://www.eltrotec.com
  • Ansprechpartner
  • Isolde Herfert
  • +49 (7161) 98872-322

Eltrotec Fachartikel 318/2008

Lichtwellenleitersensoren in der Automatisierungstechnik

(PresseBox) (Uhingen , ) In der Automatisierungs- und Montagetechnik werden Lichtleitersensoren verwendet, bei denen optische Standardkomponenten, wie Lichtschranken, aufgrund widriger Umgebungsbedingungen nicht zum Einsatz kommen können.

Hohe Temperaturen bis +600°C, geringe Einbaumaße, d er Einsatz an schwer zugänglichen Stellen rechtfertigen den Einsatz von Lichtleitern und ermöglichen flexible Lösungen in der optischen Sensorik. Da die Auswerteelektronik bzw. die opto-elektronischen Bauelemente separat angeordnet sind, eignen sich Lichtleiter auch für explosionsempfindliche Umgebungen.

Funktion

In den Lichtleitern befindet sich ein hochtransparenter Kern (core) mit hohem und ein Mantel (cladding) mit niederem Brechungsindex. Der lichtführende Kern, der aus Glas oder aus transparentem Kunststoff ausgeführt wird, dient zur Übertragung des Lichtsignals, das aus sichtbarem, infrarotem oder ultravioletten Licht ausgeführt sein kann. Die Leitung des Lichtes erfolgt nach dem Prinzip der Totalreflexion.

Der Durchmesser der Einzelfaser beträgt bei den Eltrotec Fasop® Lichtleitern 30, 50, 70 und 100 ?m, wobei die 70 ?m 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 Art der Aufgabenstellung entscheidet, ob ein Kuststofflichtleiter ausreicht, oder ob eine Glasfaser verwendet werden muss, wie zum Beispiel bei hohen Temperaturen, bei großen Abständen oder bei applikationsspezifischen Sendewellenlängen.

Damit das Lichtsignal weiter verarbeitet werden kann, muss eine Adaption des Lichtleiters an einen Lichtleiterverstärker und einer sog. Endhülse (Tastkopf) erfolgen. Die Adaption an den Lichtleiterverstärker dient zur weiteren Signalverarbeitung in einem Lichtleiterverstärker. Dort wird das Lichtsignal in ein elektrisches Steuersignal umgesetzt, das als schaltoder analoges Signal der Maschinen- oder Anlagensteuerung zugeführt werden kann. Der Tastkopf stellt den optischen Kopf des Sensors dar und dient zur mechanischen Befestigung in der Anlage.

Durch die hohe Integration allen Bereichen der Technik verlangt die Anwendung nach einer Vielfalt von verfügbaren Tastköpfen: koaxiale Lichtleiter zur Positionierung oder Vermessung von Objekten, Zeilen-Arrays zur Kanten- oder Bereichsüberwachung bis hin zu Lichtleitern mit fokussierter Optik, die auch kleinste Segmente, oder Ausbrüche an Bauteilen, oder gar transparenten Medien im Reflex- oder Doppellichtbetrieb erkennen können.

Einsatz in der Praxis

Mit Lichtleitern können wie bei Kompaktgeräten verschiedene Abtastarten realisiert werden. Man unterscheidet zum einen den Durchlichtbetrieb, bei dem das Lichtwellenleitersystem wie eine Lichtschranke arbeitet. Der Sende- und Empfangszweig wird in einem zweiarmigen Lichtleiter realisiert. Große Arbeitsabstände, transparente Gegenstände, Flüssigkeiten, Güter mit hohen Temperaturen und glänzende Oberflächen, die durch verschiedene Winkelstellungen der Einzelarme für diese Art der Anordnung prädestiniert sind, stellen oft die einzige sichere Abtastlösung für den Automatisierer dar.

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

Die Tastweiten bei diesen Betriebsarten sind weitestgehend von der Sendeleistung des Lichtleiterverstärkers und dem Durchmesser und der Transmission des Faserbündels abhängig. Winkelanordnungen mit um 45° oder 90° geb ogenen 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. Die Eltrotec Lichtleiterserie Fasop® bietet dem Anwender durch einen universellen Baukasten eine große und flexible Variantenvielfalt an Faserbündeln, verschiedenen Manteltypen und Tastköpfen (Bild 1).

Hervorzuheben sind: Lichtleiter für den Ex-Bereich mit separaten Durchführungen, Hochtemperaturausführungen bis 600°C für Dehnungsme ssungen 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 und als besonderes Highlight, Ausführungen mit Spülluftanschluss, um Bahnkantenregelungen im Nassbereich von laufenden Papierbahnen zu überwachen.

Lichtleiterverstärker

Langjährige Erfahrung zeigt, dass nur ein optimal aufeinander abgestimmtes System von Lichtleitern und Verstärkern eine erfolgreiche Lösung garantiert. Ausgehend von den Bedürfnissen des Marktes erweitert Eltrotec Sensor kontinuierlich die Palette an Lichtleiterverstärkern. Zur Verfügung stehen einfach "Teach-In" bedienbare Versionen der Serien 946, 966 und 989, die mit Kunststofflichtleitern arbeiten und durch sehr kleine Bauweise auf DIN-Schienen-Montage kaskadierbar sind. Hervorzuheben ist hier eine Version mit 4 Lichtleiter-Eingängen, die mit "und/oder"-Verknüpfung aus bis zu 4 Abfragestellen ein komplexes Signal der SPS zur Verfügung stellt (Bild 2). Die Mess- und Prüf-Verstärker der Serie CLS-K und IFA lassen Messfrequenzen von 4 - 8 KHz zu, können Auflösungen ab 0,1mm generieren und werden als Rotlicht-, Infrarot- oder UVLicht- Typen ab einer Wellenlänge vom 280 nm angeboten. 0 - 10 VDC, 4 - 20 mA, potentialfreie Ausgänge oder Relais-Ausführungen, Anzeigedisplays und variable Verstärkungseinstellungen kennzeichnen diese Serien. Spezialtypen mit kompensiertem Temperaturgang (?K ? 0,05%/°C Drift) für Tief- oder Hochtemperaturanwe ndungen bei IP67 Schutzklasse sind vorhanden. Tastweiten von 200 mm und Reichweiten von 2000 mm im Durchlichtbetrieb werden erreicht (Bild 3).

Anwendungen

Die hohe Flexibilität und Funktionalität des Sensorsystems CLS-K, IFA und der Fasop®- Lichtleiter erschließen dem Anwender eine große Anzahl von Applikationen und geben dem Einsatz dieser Systeme in der Automatisierungstechnik eine hohe Berechtigung.

Anwesenheitskontrolle- und Lageerkennung von Teilen, Prüfaufgaben, Positions- und Montagekontrolle an Montageautomaten und Zuführsystemen, oder die Bahnkantenerfassung und -Regelung stellen nur einen kleinen Querschnitt der Einsatzfelder dar.

Der Einsatz von Glas- beziehungsweise Kunststofflichtleitern in Verbindung mit der Verstärkerserie CLS-K/IFA geben dem Anwender ein hohes Potential an Wertschöpfung seines Systems.

Ergänzend zu den Anwendungen in der optischen Sensorik eignen sich Lichtleiter hervorragend für Beleuchtungsaufgaben. Dort stehen dem Kunden, neben den Lichtleitern der Serie Fasop®, eine große Anzahl von Lichtquellen zur Verfügung; heute in der neuesten LED-Version, die 10 Mlux Lichtleistung zur Verfügung stellt. Der kundenspezifische Lichtleiterbau ist hier eine Domäne von Eltrotec, welche heute kundenspezifisch und kostengünstig realisiert werden können!