Optische Näherungsschalter

Optische Näherungsschalter bestehen hauptsächlich aus zwei Hauptgruppen, dem Sender und dem Empfänger. Je nach Bauart und Ausführung werden zusätzliche Komponenten, wie Reflektoren, Lichtleiter oder Spiegel benötigt.

Es gibt zwei Ausführungen:

Der Sender und Empfänger ist in einem getrennten Gehäuse untergebracht.

• Einweg-Lichtschranken

Der Sender und Empfänger ist in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.

• Reflexion-Lichtschranken
• Reflexion-Lichttaster

Erklärung des Tastvorgang

Einweglichtschranke: Ein Tastgegenstand unterbricht den Lichtstrahl und bewirkt im Empfänger - unabhängig von der Beschaffenheit der Oberfläche - eine Umschaltung, d. h. eine Änderung des Ausgangssignals. Bei ungünstigen Bedingungen (z. B. Staub, Nässe, Öl) erzielt man mit Einweglichtschranken die besten Ergebnisse.

Reflexionslichtschranke: Ein Tastobjekt unterbricht den reflektierten Lichtstrahl und bewirkt eine Änderung des Ausgangssignals. Bei spiegelnden Oberflächen empfiehlt es sich, das vom Objekt reflektierte Licht mit einem Polarisationsfilter vor der Empfängeroptik auszublenden, um damit eventuellen Fehlsignalen vorzubeugen.

Lichttaster: Ein Tastobjekt (z. B. eine Normplatte mit 90 % Reflexion) wirft im Bereich des Lichtstrahls - durch diffuse Reflexion an seiner Oberfläche - einen Teil des Lichtes zum Empfänger zurück. Erreicht die Normplatte die Anfahrkurve (s. Bild), erfolgt eine Umschaltung, eine Änderung des Ausgangssignals.

Begriffsdefinitionen

Tast- /Reichweite

• Lichttaster: Die Tastweite hängt von Größe, Form, Farbe und Beschaffenheit der reflektierenden Objektoberfläche ab. Bei einer Kodak-Graukarte mit 90-prozentiger Reflexion (~ weißes Papier) können bis zu 2 m erreicht werden.
• Reflexionslichtschranke: Reichweiten bis zu 8 m können erzielt werden.
• Einweglichtschranke: Reichweiten bis zu 50 m können erzielt werden.

Dunkelschaltung

• Funktion von Optoschaltern, die durchschalten, falls der Empfänger kein Licht empfängt, es also auf dem Empfänger dunkel ist.
• Das Gegenteil ist die Hellschaltung.
• Der Begriff Dunkelschaltung wird oft in Verbindung mit Einweglichtschranken und Reflexlichtschranken benutzt.

Hellschaltung

• Elektronische Schaltung, die einen Optoschalter leitend macht (durchschaltet), falls auf den Empfänger Licht trifft.
• Der gegenteilige Effekt wird durch die Dunkelschaltung erzielt.
• Grafisches Kennzeichen der Hellschaltung ist meist ein nicht ausgefüllter Kreis.

Funktionsweise

Licht als Sensormedium wird in vielen Bereichen der Technik und des täglichen Lebens in Steuerungs- und Regeleinrichtungen eingesetzt. Dabei wird eine Änderung der Lichtintensität in einer optischen Strecke (zwischen Sender und Empfänger) ausgewertet, die durch ein Tastobjekt hervorgerufen wird. Je nach Beschaffenheit dieses Objekts und Aufbau der optischen Strecke wird dabei der Lichtstrahl unterbrochen oder reflektiert bzw. gestreut. Als Sender werden vorwiegend getaktete Infrarotlicht-LEDs und als Empfänger Fototransistoren verwendet. Das Ausgangssignal ist weitgehend unabhängig von der Umgebungsbeleuchtung, da sichtbares Licht leicht ausgefiltert werden kann. Bei kritischen Abtastvorgängen werden gerne Lichttaster bzw. -schranken mit Rotlicht-LEDs eingesetzt, weil der Lichtstrahl und der Abtastpunkt visuell erfasst und leichter einjustiert werden können.

Vor- und Nachteile von typischen Optische Näherungsschaltern mit Beispiel

Einweg-Lichtschranken

VORTEILE

• Erhöhte Sicherheit durch das Ruhelichtprinzip
• Große Reichweite
• Für raue Umgebungsbedingungen geeignet
• Objekt kann reflektierend oder teiltransparent sein
• Gute Positioniergenauigkeit

NACHTEILE

• 2 separate Module mit aufwändiger Installation erforderlich
• Ausrichtung und Justierung Sender / Empfänger aufwändig
• Nicht einsetzbar bei voll transparenten Objekten

Reflex-Lichtschranken

VORTEILE

• Erhöhte Sicherheit durch das Ruhelichtprinzip
• Im Vergleich zum Lichttaster höhere Reichweite
• Einfache Installation und Justierung
• Objekt kann reflektierend, spiegelnd oder transparent sein, wenn ein ausreichend hoher Strahlungsanteil vom Objekt absorbiert wird.

NACHTEILE

• Durchsichtige, sehr helle oder glänzende Objekte können unerkannt bleiben
• Reflektoren sind verschmutzungsanfällig und nicht für hohe Temperaturen geeignet

Reflexion-Lichttaster

VORTEILE

• Kostengünstigste Variante
• Einfache Installation und Justierung
• Kein Reflektor notwendig
• Objekt kann reflektierend, spiegelnd oder transparent sein, wenn ein ausreichend hoher Strahlungsanteil vom Objekt reflektiert wird.

NACHTEILE

• Verschmutzungsanfällig
• Bei Ausfall wird ständig - „Kein Objekt“ gemeldet (Sicherheit!)
• Durchsichtige, dunklere oder Licht streuende Objekte können unerkannt bleiben
• Nur kurze Reichweite