EGE-Elektronik Spezial-Sensoren GmbH - Special-Sensors for Automation

Opto Sensoren - Technik und Anwendungen

Systembeschreibung
Die Opto Hochleistungssysteme bestehen aus einem Hochleistungsverstärker (1), an den zwei Lichtleitkabel (2) bis 10 m Länge über eine Schnellkupplung anschließbar sind. Das erste Lichtleitkabel leitet ein vom Verstärker erzeugtes Sendesignal an einen ersten optischen Wandler (3) weiter, während das zweite Lichtleitkabel, das von einem zweiten optischen Wandler (4) detektierte Signal als Empfangssignal an den Hochleistungsverstärker zurückleitet. Dieses Empfangssignal wird in dem Verstärker zu einem Ausgangs-Steuersignal weiterverarbeitet.
Die Opto Kantenerfassung arbeitet mit gepulstem Infrarotlicht mit äußerst kurzer und schneller Impulsfolge, was eine sichere Erfassung schnell ablaufender Vorgänge, auch bei Fremdstrahleneinfluß ermöglicht.
Die vom Anwender bestimmte Prozeß-Steuerung, wie die Ausführung der optischen Wandler, erfordert eine große Vielseitigkeit des Systems.

Bandkantensteuerung EGE

Aufbau der Opto Kantenerfassung
In dem Systemaufbau nach Fig. 1 sind die optischen Wandler (3, 4) einander gegenüberliegend als Lichtschranke aufgebaut. Das Material (5), das z. B. als Papier oder Blech-Kante ausgebildet sein kann, schiebt sich in den Lichtstrahl und reduziert je nach Eintauchtiefe den Strahlengang des von dem Wandler (4) detektierten Lichtstromes. Der über die Lichtleitkabel (2) angeschlossene Hochleistungsverstärker (1) liefert an seinen Ausgang ein Steuersignal (4...20 mA), das der Eintauchtiefe des Materials (5) je nach Ausbildung der optischen Wandler (3, 4) mit einer hohen Wiederholgenauigkeit bis zu +/- 0,5 mm proportional ist.

Empfindlichkeit

An dem Verstärker (1) sind Einstellmöglichkeiten vorgesehen, die die genaue Anpassung der Lichtleitkabeltypen, optischen Wandler oder der Ausgangssignale, wie digitalschaltend diskriminierend oder analog erfassend, gewährleistet.

Ein besonderer Vorteil des Systems besteht darin, daß die Lichtleitkabel und die optischen Wandler untereinander identisch und damit vertauschbar sind. Die Modifikation der Erfassungsanordnung reduziert sich damit auf rein konstruktive Maßnahmen. Durch einfachen Umbau kann das Lichtschrankenverfahren in ein Reflexverfahren geändert werden.

Band Kante erkennen

Bei dem Reflexverfahren nach Fig. 3 sind die optischen Wandler (3, 4) für das Sende- und Empfangssignal gleichliegend z. B. oberhalb des Materials (5) angeordnet. Bei dieser Anordnung unterbricht das Material den Strahlengang zwischen Sender und Empfänger nicht, sondern es reflektiert in Abhängigkeit von seiner Eintauchtiefe in den Sender-Strahlengang einen Restlichtstrom, an den als Empfänger wirkenden optischen Wandler. Auch für diese Anordnung ergibt sich ein Stromsignal des Hochleistungsverstärkers (1), das mit hoher Wiederholgenauigkeit der Eintauchtiefe des Materials proportional ist.
Beim Reflexverfahren müssen jedoch Nebenbedingungen beachtet werden, die in das Meßergebnis eingehen. Dies sind vor allem der Reflexionsfaktor des Materials (5) oder die Reflexion durch den Hintergrund (6), der nicht vom Material abgedeckt ist. Solche Einflüsse müssen bei der Installation beachtet werden.

Riß- Stoß- oder Inhomogenitätenerfassung
Risse oder Inhomogenitäten im Kantenbereich werden grundsätzlich mit den in Fig. 1 oder Fig. 3 beschriebenen Verfahren erkannt. Nach Fig. 1 werden Risse oder Inhomogenitäten im Durchlauf als kurzer Lichtblitz erkannt, während nach Fig. 3 je nach detektiertem Untergrund die Reflexion kurzzeitig verändert ist.

Die Erkennung von Rissen oder ungleichmäßigem Materialverlauf, wie z. B. auch Löchern, setzen eine hohe Empfangsgeschwindigkeit des Erfassungssystems voraus. Bewegt sich z. B. nach Fig. 1 ein Riß von ca. 2 mm Breite mit einer Bandlaufgeschwindigkeit von 10 m/s an dem optischen Wandler vorbei, so beträgt die Blitzdauer 0,0002 s. Der Opto-Verstärker muß daher in diesem Fall mindestens eine Auflösung von 5 KHz haben. Ähnliche Verhältnisse liegen vor, wenn z. B. in einem Streckenreduzierwalzwerk, im schnellen Rohrdurchlauf eine Kantenerfassung mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern durchgeführt werden muß.

Hochleistungsverstärker URA 408
Dieser Verstärker ist für den Anschluss an eine 24 V-Gleichspannungsversorgung vorgesehen und hat einen 4....20 mA Stromausgang. Der Momentanstrom erscheint auf einer LCD-Anzeige. Der Nullpunkt (4 mA) und Verstärkung können unabhängig voneinander eingestellt werden, so daß die Kennlinie sowohl parallel verschoben, wie auch ihre Steilheit geändert werden kann. Für die Überbrückung großer Lichtschrankenentfernungen oder großer Reflex-Tastabstände wird die Sendeleistung auf „long“ umgeschaltet. Durch diese Merkmale erfolgt die Anpassung an die unterschiedlichsten Opto-Wandler, Lichtleitkabel oder Anwendungsvorgaben. Das von dem Verstärker erzeugt Ultrarot-Licht hat eine hohe Impulsrate von 50 kHz, so daß schnelle Prozeßabläufe im Bereich 8 – 10 kHz sicher erfaßt werden. Neben dieser hohen Eingangs-Auflösung besitzt der Verstärker auch eine hohe EMV-Toleranz, die die Verwechslung von Stör- mit Ereignisimpulsen ausschließt.

Universal-Hochleistungsverstärker URA 5001
Neben den Basiseigenschaften, die eingangs für den Verstärker URA 408 beschrieben sind, weist dieses Gerät zusätzliche Eigenschaften auf, die einen universellen Einsatz ermöglichen. Es ist auch für Wechselspannungsversorgungen ausgelegt, hat einen zusätzlichen 0...10 V-Spannungsausgang sowie zwei PNP-Schaltausgänge, deren Ansprechverhalten im gesamten Kennlinienbereich als obere und untere Schwelle über Präzisionspotentiometer einstellbar sind. Wird die obere Schwelle überschritten oder die untere Schwelle unterschritten, schaltet der zugehörige Schaltausgang bei gleichzeitiger LED-Anzeige durch. Ist keine Schwelle angesprochen, befindet sich der Signalwert im vorgegebenen Fensterbereich. Dies wird durch eine dritte LED angezeigt. Diese Diskriminatortechnik erlaubt die direkte Steuerung oder Überwachung z. B. eines korrekten Bandlaufes mit voreingestellen, zulässigen Toleranzen. Für Anwendungen, die im Schaltbetrieb höhere Ströme erfordern, oder die potenzialfreie Schaltleitungen erfordern, werden die PNPAusgänge auf intern eingebaute Relais geschaltet.

Auswertegerät OKZ 550
Das Auswertegerät ist für den Betrieb mit den Lichtschrankensystemen ULM… und ULL… vorgesehen. Ein System besteht jeweils aus Sender, Empfänger und Verstärker.

Lichtleitkabelverstärker ULL
Die Verstärker werden insbesondere bei Hochtemperatur Lichtschranken eingesetzt. Lichtleitkabel werden direkt über einen Schnellverschluss angekoppelt. Die Lichtleitkabel befinden sich überwiegend im Hochtemperaturbereich während die Verstärker im Betriebstemperaturbereich montiert sind. Das Verstärker-Signal wird über ein bis zu 50m langes PVC oder PUR Kabel an das Auswertegerät angeschlossen.

Lichtleitkabel und optische Wandler
Die verwendeten Lichtleitkabel sind aus Glasfaserbündeln hergestellt, die in einen beweglichen Edelstahlschlauch oder in ein Metallgehäuse eingebaut, vor Umwelteinflüssen geschützt sind. Sie können bis 250 °C und in Sonderausführungen bis 350 °C belastet werden. Ist mit hoher Feuchtigkeit zu rechnen, wird der Edelstahlschlauch zusätzlich voneinem Silikonmantel umgeben. Der große Vorteil der Lichtleitkabel besteht darin, daß sie gegen elektrische und magnetische Einflüsse absolut unempfindlich sind, hohen Temperaturen widerstehen, keine Stromzuführungen benötigen und deshalb auch im Ex-Bereich einsetzbar sind.
Optische Querschnittswandler wandeln das runde Faserbündel der Lichtleitkabel in eine schmale, hochauflösende Lichtzeile, die entweder optische Signale aussenden oder empfangen kann. Durch diese ausschließlich mechanische Wandlung ist eine einmal erzielte Ansprechempfindlichkeit entlang der Erfassungsweite der Lichtzeile langzeitstabil. Eine elektrische Justierung, wie sie bei elektrooptischen Systemen erforderlich ist, entfällt daher. Die optischen Querschnittswandler werden mit einem fest konfektionierten Lichtleitkabel und endseitig mit einer Schnellkupplung geliefert. Dies reduziert Verluste entlang der optischen Leitungswege. Lichtleitkabel zum Anschluss an Linsensysteme sind beidseitig mit Schnellkupplungen versehen. Lichtleitkabellängen bis zu 10 m Länge sind möglich. Die Standardlängen sind 2 m und 3 m. Lichtleitkabel können zur Erzielung einer größeren Länge mit Hilfe eines Kopplers verbunden werden. Der Kopplungsverlust beträgt ca. 30 % und ist bei ausreichender Lichtstromreserve zulässig.

Vorsatzoptiken
Vorsatzoptiken bündeln die von dem Lichtleitkabel weitergeleitete Infrarotstrahlung. Sie haben Blickwinkel im Bereich 2...15° und gewährleisten dadurch die präzise Objekterfassung. Beim Einsatz in Lichtschranken erhöhen sie die Reichweite. Vorsatzoptiken mit einem spaltartigen Blickwinkel erfassen Objekte bevorzugt in einer Eintrittsebene. Für Hochtemperatureinsätze werden Lichtleitkabel und Vorsatzoptiken verwendet, die für Temperaturen bis 250 °C ausgelegt sind (auf Anfrage bis 350 °C).

Reflex-Lichtschranke EGE

Zulassungen für Sicherheitsanwendungen
Sensoren, die dem Personenschutz dienen, müssen eine Bauartzulassung nach EN 954-1 aufweisen und entsprechend gekennzeichnet sein. Nicht gekennzeichnete Sensoren dürfen bei solchen Anwendungen nicht eingesetzt werden.

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