Wie funktionieren die verschiedenen Arten von Lichtschrankensensoren? Eine umfassende Erklärung!
Was ist ein photoelektrischer Sensor?
Ein photoelektrischer Sensor ist ein Schaltertyp, der Veränderungen des Lichts (wie Intensität, Reflexion oder Behinderung) erkennt und diese Veränderungen in elektrische Signale umwandelt. Seine Funktionsweise basiert auf der Erkennung des Vorhandenseins oder der Veränderung von Licht zur Steuerung des Systems.
Das Hauptmerkmal optischer Sensoren ist ihre berührungslose Funktionsweise. Sie benötigen keinen direkten Kontakt mit dem zu erfassenden Objekt; stattdessen nutzen sie Lichtemission und -empfang, um die Anwesenheit, Position oder Veränderungen von Objekten zu erkennen. Diese Eigenschaft macht optische Sensoren in verschiedenen industriellen Anwendungen weit verbreitet, insbesondere in automatisierten Produktionslinien, der Objekterkennung und Sicherheitsschutzsystemen.
Die Kernformel für einen photoelektrischen Sensor lautet:
Erkennungsfähigkeit = f (Lichtintensität, Objektreflexion, Umgebungsstörungen, Erkennungsdistanz).
Wie funktionieren die verschiedenen Modi von Lichtschrankensensoren?
Es gibt drei gängige Funktionstypen für optische Sensoren: diffus reflektierend, spiegelnd reflektierend und Einweglichtschranke. Jeder Typ verfügt über unterschiedliche Funktionsprinzipien und Anwendungsszenarien und deckt so unterschiedliche industrielle Anforderungen ab.
Photoelektrische Sensoren, diffus reflektierender Typ
1️⃣ Funktionsprinzip: Sender und Empfänger sind in derselben Sonde integriert und nutzen die diffuse Reflexion (Lambertsche Reflexion) von der Objektoberfläche. Nach der Streuung des Lichts durch das Objekt kehrt ein Teil zum Empfänger zurück und löst das Signal aus.
2️⃣ Anwendbare Szenarien:
▪️Objekteigenschaften: Geeignet für nicht transparente und rauhe Objekte (z. B. Karton, Holzpaletten, dunkle Kunststoffe).
▪️Einschränkungen: Anfällig für Fehleinschätzungen bei stark reflektierenden Objekten (Spiegel/Metall) und bei schwarzen, lichtabsorbierenden Objekten (z. B. Gummi). Die Erkennungsdistanz muss möglicherweise reduziert werden.
▪️Industrielle Fälle:
Verpackungslinien: Erkennt die Position von Kartons (Abstand ≤ 1 m, Installationswinkel vermeidet reflektierende Störungen).
Robotergreifen: Erkennt Palettenpositionen (passen Sie die Empfindlichkeit an die Kompatibilität mit verschiedenen Farben an).
▪️Umweltanforderungen: Vermeiden Sie direktes Sonnenlicht (wählen Sie Modelle mit Lichtinterferenzschutz, z. B. modulierte Frequenz > 5 kHz).
Photoelektrische Sensoren, spiegelnder reflektierender Typ
1️⃣ Funktionsprinzip: Sender und Empfänger befinden sich auf derselben Seite und werden von einem Reflektor (Prismenreflektor) auf demselben Weg zurückgeworfen. Blockiert ein Objekt den Lichtweg, löst dies das Signal aus.
2️⃣ Anwendbare Szenarien:
▪️Objekteigenschaften: Kann transparente/halbtransparente Objekte (z. B. Glasflaschen, PET-Folien) erkennen, abhängig von der Stabilität des Reflektors.
▪️Hochpräzise Erkennung: Die Auflösung kann ±0,1 mm erreichen (z. B. Erkennung der Filmspannung).
▪️Industrielle Fälle:
Pharmaindustrie: Erkennt das Vorhandensein von Ampullen (Reflektoren müssen korrosionsbeständig sein, z. B. Edelstahl 316L).
Druckmaschinen: Erkennt den Bruch transparenter Filme (erfordert Polarisationsfilter, um spiegelartige Interferenzen zu vermeiden).
▪️Umweltanforderungen: Für die Erkennung über große Entfernungen (bis zu 50 m) ist eine Laserlichtquelle erforderlich, und in staubigen Umgebungen muss der Reflektor regelmäßig gereinigt werden.
Photoelektrische Sensoren, Einweglichtschranke
1️⃣ Funktionsprinzip: Sender und Empfänger sind getrennt und erkennen Hindernisse im Lichtweg direkt. Es verfügt über die stärkste Entstörungsfähigkeit, da der Empfänger nur das Lichtsignal mit der spezifischen Frequenz des Senders erkennt.
2️⃣ Anwendbare Szenarien:
▪️Objekteigenschaften: Geeignet für Objekte aus jedem Material (einschließlich transparenter/stark reflektierender), mit einer Erkennungszuverlässigkeit von >99,9 %.
▪️Mikroobjekterkennung: Glasfaser-Durchgangsstrahler können Objekte mit einem Durchmesser von nur 0,1 mm erkennen (z. B. Stifte elektronischer Komponenten).
▪️Industrielle Fälle:
Schweißlinien für Kraftfahrzeuge: Erkennt durchfahrende Karosserien (Hochtemperaturmodelle, -25 °C bis 80 °C).
Logistiksortierung: Hochgeschwindigkeits-Paketzählung (Reaktionszeit <1 ms, IP67-Schutz).
▪️Umweltanforderungen: Große Entfernungen (bis zu Hunderten von Metern) erfordern eine synchronisierte Signalübertragung und Vibrationsumgebungen erfordern eine mechanische Verstärkung der Installation.
Wie wählt man einen fotoelektrischen Sensor aus?
1️⃣ Objekterkennung:
• Transparent/Reflektierend → Durchgangsstrahl- oder spiegelnd reflektierender Typ (mit polarisierten Filtern).
• Schwarz/Lichtabsorbierend → Diffus reflektierender Typ (verringern Sie die Erkennungsdistanz oder wählen Sie eine Laserlichtquelle).
2️⃣ Erkennungsdistanz:
• ≤ 0,3 m → Diffus reflektierender Typ (wirtschaftliche Wahl).
• 0,3–10 m → Spiegelreflektierender Typ (erfordert Reflektorwartung).
• 10 m → Durchgangsstrahltyp (Laserlichtquelle + synchronisiertes Signal).
3️⃣ Umwelteinflüsse:
• Staub/Öl → Durchgangsstrahltyp (IP69K-Schutz) oder spiegelnder reflektierender Typ (regelmäßige Reinigung).
• Starkes Umgebungslicht → Moduliertes Licht + Schmalbandfilterung (z. B. 940 nm Infrarot, um Störungen durch Sonnenlicht zu vermeiden).
4️⃣ Reaktionsgeschwindigkeit:
• Hochgeschwindigkeits-Produktionslinien (>1 kHz) → Durchgangsstrahltyp (Glasfasertyp kann 100 kHz erreichen).
| Industrie | Empfohlener Typ | Typischer Fall | Technische Kernpunkte |
| Lebensmittelverpackungen | Diffus + Spiegelnd Reflektierend | Erkennung von Lebensmittelkartons mit transparenter Folie | Kompensieren Sie Filmreflexionsstörungen |
| Halbleiterfertigung | Einweglichtschranke (Glasfaser) | Wafertransportpositionierung | 0,01 mm wiederholbare Präzision, saubere Umgebung |
| Stahlmetallurgie | Einweglichtschranke (Hochtemperaturtyp) | Strangguss-Knüppelpositionserkennung | Hochtemperaturbeständig (>150°C), antielektromagnetische Störungen |
Lagerhaltung & Logistik | Spiegelnd reflektierend (große Entfernung) | AGV-Navigation mit reflektierenden Tafeln | 10–30 m Erkennung, Multireflektor-Kodierung |
Technische Details werden oft übersehen
1️⃣ Installationswinkel: Beim diffus reflektierenden Typ sollte der Spiegelreflexionswinkel des Objekts vermieden werden (z. B. sollten Metalloberflächen in einem Winkel von 15° installiert werden).
2️⃣ Hintergrundunterdrückung: Fortschrittliche diffuse Reflexionssensoren können so programmiert werden, dass sie Objekte innerhalb bestimmter Entfernungen erkennen (Hintergrundstörungen unterdrücken).
3️⃣ Sicherheitsredundanz: Für Sicherheitstoranwendungen müssen Durchgangsstrahltypen der Norm EN/IEC 61496-1 (Zweikanalredundanz) entsprechen.
Optoelektronische Sensoren
GM12-Serie | |||
| Typ | Modell | Erfassungsbereich | |
| Diffus reflektierend | GM12-10 | 20-100 mm | |
GM12-20 | 20-200 mm | ||
GM12-30 | 20-300 mm | ||
| Einweglichtschranke | GM12-200 | 2000 mm | |
GM12-500 | 5000 mm | ||
| GM18-Serie | |||
| Typ | Modell | Erfassungsbereich | |
| Diffus reflektierend | GM18-30 | 30-300 mm | |
GM18-50 | 50-500 mm | ||
GM18-100 | 80-1000 mm | ||
Einweglichtschranke | GM18-500 | 5000 mm | |
GM18-1500 | 15000 mm | ||
Spiegelnd Reflektierend | GM18-200 | 2000 mm | |
GM18-300 | 3000 mm | ||
| Ultradünne Micro GP13-Serie | |||
| Typ | Modell | Erfassungsbereich | |
Diffus reflektierend | GP13-03N-ZAA | 2~30 mm (weißes Papier) | |
GP13-03P-ZAA | 2~30 mm (weißes Papier) | ||
Einweglichtschranke (Fronterkennung) | GP13-D30N-ZBA | 300 mm | |
GP13-D30P-ZBA | 300 mm | ||
GP13-D50N-ZBA | 500 mm | ||
GP13-D50N-ZBA | 500 mm | ||
Einweglichtschranke (Seitenerkennung) | GP13-L30N-ZBA | 300 mm | |
GP13-L30P-ZBA | 300 mm | ||
GP13-L50N-ZBA | 500 mm | ||
GP13-L50P-ZBA | 500 mm | ||
Ultrakleiner Lasersensor der GFS-Serie | |||
| Typ | Modell | Erfassungsbereich | |
| Diffus reflektierend | GFS-51N-ZAA | 2-50 mm | |
GFS-51P-ZAA | 2-50 mm | ||
| Einweglichtschranke | GFS-51N-ZBA | 2000 mm | |
GFS-51P-ZBA | 2000 mm | ||
| Universal Square GF43-Serie | |||
| Typ | Modell | Erfassungsbereich | |
Diffus reflektierend | GF43-15N-ZAA | 30-150 mm (einstellbar) | |
GF43-15P-ZAA | 30-150 mm (einstellbar) | ||
Spiegelnd Reflektierend | GF43-02N-ZCA | 2 M | |
GF43-02P-ZCA | 2 M | ||
Einweglichtschranke | GF43-10N-ZBA | 10 M | |
GF43-10P-ZBA | 10 Millionen | ||
| Balkenförmige Lichtemission der Serie GF21 | |||
| Typ | Modell | Erfassungsbereich | |
Einweglichtschranke | GF21-150N-ZBA | 150 cm | |
GF21-150P-ZBA | 150 cm | ||
Optischer Sensor mit Hintergrundausblendungsfunktion
Was ist die Hintergrundunterdrückungsfunktion eines fotoelektrischen Sensors?
Die Hintergrundausblendung (BGS) ist eine Erkennungstechnologie, die auf dem Prinzip der Triangulation basiert. Sie begrenzt den effektiven Erfassungsbereich des Sensors, sodass dieser nur auf Objekte innerhalb der eingestellten Entfernung reagiert und Hintergrundobjekte ignoriert. Diese Funktion wird hauptsächlich in diffus reflektierenden Lichtschranken eingesetzt, ist aber auch für andere Typen, wie z. B. spiegelnde Reflexionssensoren, anwendbar. Ihr Kernmerkmal ist die Fähigkeit, effektiv zwischen Zielobjekten und Hintergrundstörungen zu unterscheiden. Dadurch eignet sie sich besonders für die Erkennung von Objekten mit geringer Reflektivität oder in komplexen Hintergrundumgebungen.
Mit Hintergrundunterdrückungsfunktion GB43-Serie | |||
| Typ | Modell | Erfassungsbereich | |
| Diffus reflektierend | GB43-100N-ZAA | 30–1500 mm (maximale Erfassungsdistanz) 60–1000 mm (stabile Erfassungsdistanz) | |
GB43-100P-ZAA | |||
| Mit Hintergrundunterdrückungsfunktion GB43-Serie | |||
| Typ | Modell | Erfassungsbereich | |
Diffus reflektierend | GB43-10N-ZAA | 30–100 mm (einstellbar) | |
GB43-10P-ZAA | 30–100 mm (einstellbar) | ||
GB43-30N-ZAA | 30–300 mm (einstellbar) | ||
GB43-30P-ZAA | 30–300 mm (einstellbar) | ||
GFL43-30N-ZAA | 30–300 mm (einstellbar) | ||
GFL43-30P-ZAA | 30–300 mm (einstellbar) | ||
Kleine GSB-Serie mit Hintergrundunterdrückungsfunktion | |||
| Typ | Modell | Erfassungsbereich | |
| Diffus reflektierend | GSB-12N | 2 - 150 mm (Maximale Erfassungsdistanz) 3 - 120 mm (stabile Erfassungsdistanz) | |
GSB-12P | |||
Heiße Verkaufsprodukte
Reaktionszeit: bis zu 1,5 ms Wiederholgenauigkeit: bis zu 10 µm
Erfassungsbereich: 150–3000 mm Material: Kunststoffzubehör, mit Epoxidharz gefüllt Anschlussart: 5-poliger M12-Stecker Ausgabemethode: analoge Spannung 0–10 V + PNP
Bereich: 10 mm (± 5 mm) Wiederholgenauigkeit: < 1 μm Linearität: ± 0,4 % FS Messkraft: min. 0,2 N
Erfassungsabstand: 18 bis 28 mm Versorgungsspannung: 24 V DC ± 10 % Pulsation PP unter 10 % Modusumschalteingang: Farbmuster oder Farbmodus Ausgangstyp: NPN oder PNP
