Vielseitig und zuverlässig

Sensorik

Optosensorik – Die Erfassung von Hindernissen ist eine wichtige Aufgabe in der Automatisierung. Ein Infrarotlicht-LED-Scanner ohne bewegliche Teile erkennt dabei mehrere Gegenstände gleichzeitig und hochgenau durch die direkte Messung der Lichtlaufzeit.

13. November 2014

Eine wichtige Aufgabe in vielen technischen Anwendungen ist das zweidimensionale Erfassen von Hindernissen, beispielsweise zur Absicherung, Kollisionsvermeidung und Abstandsregelung im Bereich der Förder- und Lagertechnik oder der Intralogistik. Vielfach eingesetzt werden dafür sogenannte Laser-Scanner, die die Umgebung des Sensors mit einem Laserstrahl punktuell abtasten. Dieses Verfahren besitzt jedoch einige Nachteile, wie zum Beispiel den aufwendigen Aufbau des Scanners mit beweglichen Teilen, dasGefährdungspotenzial durch die Verwendung von Laserlicht und die relativ hohen Kosten. Der Mannheimer Sensorikspezialist Pepperl + Fuchs hat deshalb den Mehrstrahl-Scanner R2100 auf Basis der LED-Technologie entwickelt, dessen Messverfahren der direkten Pulslaufzeitmessung ihn für zweidimensionale Mess- und Detektionsaufgaben in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen prädestiniert. Zudem unterscheidet das System dabei statische und bewegliche Hindernisse. Einsatzgebiete findet der Sensor deshalb nicht nur im Bereich der Förder- und Lagertechnik, sondern auch zum Beispiel in Landmaschinen, Bauaschinen oder Verladeeinrichtungen.

Lichtfeld ohne Risiko

Als Lichtquellen dienen elf nebeneinander angeordnete LEDs, die infrarote Lichtimpulse in einem fächerförmigen Messfeld mit einem Öffnungswinkel von 88 Grad in einem Messbereich von bis zu acht Metern aussenden. In diesem zweidimensionalen Bereich ist das Gerät in der Lage, die Position von Objekten relativ zum Sensor über deren Winkel und Entfernung zu bestimmen. Anders als herkömmliche Scanner kommt der R2100 dabei komplett ohne bewegliche mechanische Teile wie Motoren, Spiegel oder Lager aus und ist deshalb unempfindlich gegenüber rauen Umgebungsbedingungen, Erschütterungen und Vibrationen. Das Gehäuse erfüllt die Anforderungen der Schutzart IP67. Die flexible Versorgungsspannung im Bereich von 10 bis 30 Volt DC sowie die kompakten Maße von 157 x 81 x 45 Millimeter erleichtern die Integration in Maschinen, Anlagen und Fahrzeuge. Im Gegensatz zu Geräten, die mit Laserlicht arbeiten, ist die kostengünstige LED-Technik zudem augensicher und ohne Gefahr für Personen in allen Arbeitsbereichen einsetzbar.

Der neue Mehrstrahl LED-Scanner kombiniert weltweit erstmals die zweidimensionale LED-Messung mit der innovativen Pulse Ranging Technology (PRT). Bei diesem Verfahren der direkten Pulslaufzeitmessung senden die LED-Sendeelemente diskrete Lichtimpulse vielfach höherer Energiedichte aus, als es bei Dauerlicht möglich wäre. Die Lichtimpulse werden an den Umgebungsobjekten reflektiert und laufen zurück zum Sensor, wo sie von einem Empfangselement hochgenau erfasst werden. Aus den ermittelten Laufzeiten der Lichtimpulse berechnet die Auswerteelektronik die genaue Entfernung zu den Objekten. Damit liefert der R2100 ein zweidimensionales Abbild der Umgebungsobjekte im Erfassungsbereich.

Robust und präzise

Im Vergleich zu indirekten Verfahren wie zum Beispiel der Phasenkorrelation bietet das direkte Messverfahren der Pulse Ranging Technology eine deutlich höhere Genauigkeit, Störfestigkeit, Eindeutigkeit und Zielunabhängigkeit. Dazu kommt eine große Betriebssicherheit auch bei starkem Fremdlicht und dunklen Zielobjekten. Die Geräteelektronik steuert dabei jede LED einzeln an und wertet die Messergebnisse getrennt aus. Das System gibt deshalb pro Scanzyklus elf Entfernungswerte sowie zusätzlich die Echoamplitude aus und kann so mehrere Gegenstände im Erfassungsbereich gleichzeitig detektieren und unterscheiden. Mit einer Scanrate von 50 Messungen pro Sekunde kann der Mehrstrahl-LED-Scanner dabei auch schnelle Bewegungen oder Veränderungen der Umgebung registrieren. Im Unterschied zu Laserlichtquellen wird der Lichtkegel beim Einsatz von LEDs mit der Entfernung außerdem zunehmend weiter, sodass auf dem Zielobjekt ein vergleichsweise großer Lichtfleck erzeugt wird. Die Sensoren ermöglichen damit integrierende Messungen auf inhomogenen Oberflächen wie etwa Schüttgut oder zum Beispiel im Einsatz an einem Mähdrescher beim Detektieren der Mähkante im Getreidefeld. Die mehrkanalige Messung in Verbindung mit größeren Lichtflecken liefert so eine genaue Information über die Position der Mähkante, während bei einer feinen Strahlgeometrie die Gefahr von Fehlmessungen besteht, weil der Messstrahl in die Lücken zwischen den Halmen eindringen kann. Ähnliche Probleme finden sich auch zudem überall, wo durchbrochene Objekte, Gitterstrukturen oder stabförmige Gegenstände erfasst werden müssen.bt

Auf einen Blick

- Der Mehrstrahl-LED-Scanner R2100 von Pepperl + Fuchs kombiniert das direkte Pulslaufzeit-Messverfahren PRT mit einer mehrkanaligen Messung ohne bewegte Teile in einem Scanbereich von 88 Grad.

- Der Einsatz von Infrarot-LEDs als Sendeelement gewährleistet einen sicheren Betrieb ohne Gefährdung des Personals und vereinfacht die Messung inhomogener Oberflächen.

Erschienen in Ausgabe: 08/2014