Sogar bei direktem LED-Gegenlicht: Baumer O200 Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung bieten maximale Fremdlichtsicherheit. (Bild: Baumer)
Bei der Objekterkennung kommen häufig optische Sensoren zum Einsatz. Sie detektieren präzise, kontaktlos und mit kurzen Ansprechzeiten. Lichtschranken und -Lichttaster haben jedoch eine Schwachstelle. Sie funktionieren meist mit sichtbarem Licht, dessen Spektralbereich auch in Kunstlicht oder Sonnenlicht vorkommt. Diese Lichtquellen können deshalb bei optischen Sensoren Fehldetektionen verursachen. Insbesondere LED-Beleuchtung und helles Sonnenlicht haben sich als – oft nur schwer zu ermittelnde – Störfaktoren herausgestellt.
LED-Licht erhöht die Wahrscheinlichkeit von Fehldetektionen
LEDs werden bei Neu- oder Ersatzinstallationen immer häufiger als Deckenlicht und für die Maschinenbeleuchtung eingesetzt. Wegen des geringen Stromverbrauchs bei hoher Lichtausbeute sind sie deutlich wirtschaftlicher und umweltfreundlicher als alternative Lichtquellen. Zudem sorgen Vorschriften dafür, dass künftig Leuchtstofflampen in der EU und in der Schweiz nicht mehr verkauft werden dürfen. Das kann aber Auswirkungen auf automatisierte Prozesse haben. Denn durch die zunehmende Verwendung von LEDs ändern sich in Produktionshallen die Fremdlichtbedingungen und somit die Störfaktoren für optische Sensoren. Die Wahrscheinlichkeit für Fehldetektionen steigt. Warum ist das so?
Leuchtstoffröhren stehen vor dem Aus
Der Abschied von den in der Industrie weitverbreiteten Leuchtstoffröhren naht: Ab 25. August dürfen T5- und T8-Lampen nicht mehr in den Verkehr gebracht werden. Das heißt, sie werden in Europa nicht mehr produziert oder eingeführt. Das Aus für Leuchtstofflampen regeln zwei EU-Verordnungen: die Richtlinie zur Begrenzung gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten und die Ökodesign-Verordnung, die ineffiziente Lampen verbannt, die zu viel Strom verbrauchen. Davon betroffen sind kurz darauf ab 1. September 2023 auch Halogenlampen mit den Stecksockeln G4, GY6.35, G9.
Im schlimmsten Fall ist einen Maschinencrash möglich
Untersuchungen von optischen Sensoren verschiedener Hersteller zeigen, dass sich diese in unterschiedlichen Frequenzbereichen von LED-Lichtquellen stören lassen. Damit ist die zuverlässige Objekterkennung nicht mehr möglich, und der Anwender muss die Ursache ermitteln. 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: Nicht nur LED-Deckenlampen beeinflussen die Funktionsfähigkeit von Lichtschranken und Lichttastern negativ. Auch dicht beieinander montierte Sensoren oder Belichtungssysteme für Industriekameras sind potenzielle Störfaktoren.
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Fremdlicht-Algorithmus schaltet Fehlerquellen aus
Der Sensorspezialist Baumer hat Fremdlicht, inbesondere von LEDs, früh als Störfaktor identifiziert und mit eigener 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 sogenannten Dunkelmessungen ermittelt und durch einen entsprechenden Regelkreis und innovative Algorithmen kompensiert.
Dank einer kontinuierlichen Bewertung dieser Einflussfaktoren passt sich der Sensor automatisch an Änderungen der Beleuchtungssituation an. Zusammen mit einer hochpräzisen Optik und einer leistungsfähigen Elektronik garantiert dies eine gleichbleibend hohe Messgeschwindigkeit und damit eine kurze Ansprechzeit des Sensors von 0,5 ms. Diese Kombination aus Geschwindigkeit und Fremdlichtsicherheit prädestiniert die fremdlichtsicheren Baumer Lichtschranken und Lichttaster für viele Automatisierungsanwendungen. Zu den optischen Sensoren mit außergewöhnlich hoher Fremdlichtsicherheit zählen beispielweise die Sensorfamilien O200 und O330 aus dem umfassenden Baumer Portfolio.
