Welche vier Arten von Lichtschranken gibt es?

Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie Fabrikroboter vorbeiflitzende Produkte „sehen“ oder wie eine automatische Tür erkennt, dass Sie sich nähern? Wahrscheinlich sind es fotoelektrische Sensoren – oft auch „Fotozellen“ genannt –, die dafür sorgen. Diese intelligenten Geräte nutzen Lichtstrahlen, um Objekte berührungslos zu erkennen und bilden damit das Rückgrat der modernen Automatisierung. Aber wussten Sie, dass es vier grundlegende Typen gibt, jeder mit seiner eigenen Superkraft? Wir analysieren sie, damit Sie die Technologie verstehen, die unsere automatisierte Welt prägt.

Das Kernquartett: Vier Wege, wie Licht Ihre Welt erkennt

Obwohl es spezielle Varianten gibt, verweisen Branchenexperten immer wieder auf vier grundlegende fotoelektrische Sensortechnologien. Die Wahl der richtigen Technologie hängt stark von den spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung ab – Entfernung, Objekttyp, Umgebung und erforderliche Präzision.

1. Einweglichtschranken: Die Langstrecken-Champions

• Wie sie funktionieren: Denken Sie an Leuchtturm und Aussichtspunkt. Diese Sensoren habenseparate Einheiten: ein Sender, der einen Lichtstrahl (oft Infrarot oder rote LED) aussendet, und ein Empfänger, der direkt gegenüber positioniert ist. Die Erkennung erfolgt, wenn ein Objekt physischPausendieser Strahl.
• Hauptstärken: Sie verfügen über die längsten Erfassungsbereiche (leicht bis zu 20 Meter oder mehr) und bieten höchste Zuverlässigkeit und Stabilität. Da der Empfänger das Licht des Senders direkt sieht, sind sie weitgehend unabhängig von Farbe, Form oder Oberflächenbeschaffenheit (glänzend, matt, transparent) des Objekts.
• Nachteile: Die Installation erfordert die präzise Ausrichtung zweier separater Einheiten und die Verkabelung beider Einheiten, was komplexer und kostspieliger sein kann. Außerdem sind sie anfällig, wenn sich Schmutz auf einer der Linsen ablagert.
• Wo Sie sie sehen: Perfekt für die Erkennung über große Entfernungen an Förderbändern, zum Schutz großer Maschinen, zur Überprüfung auf gebrochene Drähte oder Fäden und zum Zählen von Objekten, die durch ein Tor gehen. Der Sicherheitsstrahl des Garagentors, der verhindert, dass es sich auf Ihr Auto schließt? Ein klassischer Einwegstrahl.

2. Retroreflektierende (Reflexions-)Sensoren: Die Einzeleinheitsalternative

• Funktionsweise: Hier sind Sender und Empfänger imgleiche EinheitDer Sensor sendet Licht in Richtung eines gegenüber montierten Spezialreflektors (z. B. eines hochwertigen Fahrradreflektors). Der Reflektor reflektiert den Lichtstrahl direkt zurück zum Empfänger. Die Erkennung erfolgt, wenn ein Objekt diesen reflektierten Strahl unterbricht.
• Hauptvorteile: Deutlich einfachere Installation und Verdrahtung als bei Einweglichtschranken, da nur eine Einheit auf einer Seite (plus passiver Reflektor) vorhanden ist. Bietet gute Erfassungsbereiche, oft größer als bei diffusen Typen. Einige Spezialversionen eignen sich hervorragend zur Erkennung transparenter Objekte (wie Glas- oder Plastikflaschen), indem sie polarisierte Lichtfilter verwenden, um Streureflexionen zu ignorieren.
• Nachteile: Für einen zuverlässigen Betrieb muss der Reflektor sauber gehalten werden. Die Leistung kann durch stark reflektierende Hintergrundobjekte beeinträchtigt werden, die möglicherweise Licht zurückwerfen. Die Reichweite ist im Allgemeinen geringer als bei Einweglichtschranken.
• Wo Sie sie sehen: Sie werden häufig in Verpackungslinien und bei der Materialhandhabung eingesetzt, um Fahrzeuge oder Personen an Zugangspunkten zu erkennen und das Vorhandensein transparenter Behälter in Produktionslinien zu überprüfen.

3. Diffuse (Näherungs-)Sensoren: Die kompakten Arbeitstiere

• Funktionsweise: Sender und Empfänger befinden sich wieder imgleiche Einheit. Anstatt einen Reflektor zu verwenden, verlässt sich der Sensor darauf, dass das Zielobjekt selbst das Licht zurück zum Empfänger reflektiert. Der Sensor erkennt das Objekt anhand der Intensität des reflektierten Lichts.
• Hauptvorteile: Einfachste Installation – nur ein Gerät muss montiert und verkabelt werden. Dank der kompakten Größe ideal für beengte Platzverhältnisse. Kein Reflektor auf der gegenüberliegenden Seite erforderlich.
• Nachteile: Die Reichweite ist geringer als bei Einweg- und Reflexionslichtschranken. Die Leistung hängt stark von Farbe, Größe, Beschaffenheit und Reflexionsgrad des Objekts ab. Ein dunkles, mattes Objekt reflektiert deutlich weniger Licht als ein helles, glänzendes, wodurch die Erkennung bei maximaler Nenndistanz weniger zuverlässig ist. Auch Hintergrundobjekte können Fehlauslösungen verursachen.
• Wo Sie sie sehen: Sehr häufig für Erkennungsaufgaben im Nahbereich: Teilepräsenz an Fließbändern, Flaschenverschlusserkennung, Überwachung von Stapelhöhen und Behälterfüllstandserkennung. Denken Sie an einen Verkaufsautomaten, der Ihre Hand in der Nähe des Ausgabebereichs erkennt.

4. Sensoren zur Hintergrundunterdrückung (BGS): Die fokussierten Experten

• Funktionsweise: Eine Weiterentwicklung des diffusen Sensors, ebenfalls in einer Einheit untergebracht. Anstatt nur die reflektierte Lichtintensität zu messen, ermitteln BGS-Sensoren die Entfernung zum Objekt mithilfe von Triangulation oder Time-of-Flight-Verfahren. Sie sind präzise kalibriert, um nur Objekte innerhalb eines bestimmten, voreingestellten Entfernungsbereichs zu erkennen und alles darüber hinaus (den Hintergrund) effektiv zu ignorieren.
• Hauptstärken: Unbeeinflusst von Hintergrundobjekten – ihr größter Vorteil. Deutlich weniger empfindlich gegenüber Farbe und Reflektivität des Zielobjekts als herkömmliche diffuse Sensoren. Ermöglicht eine äußerst zuverlässige Erkennung von Objekten in präziser Entfernung.
• Nachteile: Im Allgemeinen haben sie eine geringere maximale Reichweite als Standard-Diffussensoren. Normalerweise teurer als einfache Diffusoren.
• Wo Sie sie sehen: Unverzichtbar für die Erkennung von Objekten vor komplexen oder reflektierenden Hintergründen, die zuverlässige Erfassung dunkler oder schwarzer Objekte (wie Reifen), die Überprüfung von Füllständen in Behältern unabhängig von der Farbe des Inhalts und die Gewährleistung einer präzisen Positionierung, wenn Hintergrundstörungen ein Problem darstellen. Entscheidend in Automobil-Montagelinien und bei der Lebensmittelverpackung.

Über die Grundlagen hinaus: Erfüllung spezieller Anforderungen

Während die vier Kernsensoren die meisten Aufgaben bewältigen, haben Ingenieure spezielle Sensoren für besondere Herausforderungen entwickelt:

• Glasfasersensoren: Verwenden Sie flexible Glasfaserkabel, die an einen zentralen Verstärker angeschlossen sind. Ideal für extrem enge Räume, Umgebungen mit hohen Temperaturen oder Bereiche mit starkem elektrischen Rauschen.
• Farb- und Kontrastsensoren: Erkennen bestimmter Farben oder Kontrastunterschiede (wie Etiketten auf Verpackungen), unerlässlich für die Qualitätskontrolle.
• Lasersensoren: Liefern einen stark fokussierten Strahl zum Erkennen sehr kleiner Objekte oder zum Erreichen präziser Entfernungsmessungen.
• Sensoren für transparente Objekte: Speziell abgestimmte retroreflektierende Typen, die speziell für die zuverlässige Erkennung transparenter Materialien entwickelt wurden.

Warum optoelektronische Sensoren die Automatisierung beherrschen

Diese „Adleraugen“ bieten überzeugende Vorteile: große Erfassungsreichweiten, berührungsloser Betrieb (verhindert Schäden), schnelle Reaktionszeiten und Langlebigkeit in rauen Industrieumgebungen. Sie sind für unzählige Aufgaben in verschiedenen Branchen von grundlegender Bedeutung:

• Herstellung und Verpackung: Erkennen von Teilen auf Förderbändern, Zählen von Produkten, Überprüfen von Füllständen, Überprüfen des Vorhandenseins von Etiketten, Steuern von Roboterarmen.
• Lebensmittel und Getränke: Sicherstellung der ordnungsgemäßen Verpackung, Erkennung von Fremdkörpern, Überwachung des Produktionsflusses.
• Pharmazeutika: Überprüfen der Anwesenheit von Pillen in Blisterpackungen, präzises Prüfen des Füllstands von Fläschchen.
• Automobilindustrie: Präzise Teilepositionierung für Montageroboter, Komponentenüberprüfung, Sicherheitslichtvorhänge.
• Logistik & Materialhandhabung: Steuerung von Förderbändern, Erkennung von Paletten, Lagerautomatisierung.
• Gebäudeautomation: Automatische Türen, Aufzugspositionierung, Sicherheitssysteme.

Die Zukunft ist rosig (und intelligent)

Der Markt für fotoelektrische Sensoren boomt und soll bis 2030 einen Wert von 3,01 Milliarden US-Dollar erreichen, was einem jährlichen Wachstum von 6,6 % entspricht. Bis 2033 soll er sogar 4,37 Milliarden US-Dollar erreichen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 9 % entspricht. Dieses Wachstum wird durch den unaufhaltsamen Trend hin zu Automatisierung, Industrie 4.0 und intelligenten Fabriken vorangetrieben.

Die nächste Welle umfasst intelligentere und vernetztere Sensoren. Freuen Sie sich auf Fortschritte wie IO-Link-Konnektivität für einfachere Einrichtung und Datenaustausch, die Integration mit IoT-Plattformen für vorausschauende Wartung und sogar den Einsatz von Nanomaterialien für höhere Empfindlichkeit und neue Funktionen. Wir treten in das Zeitalter der „Sensortechnologie 4.0“ ein, in dem diese grundlegenden Sensorgeräte zu intelligenten Datenpunkten in vernetzten Systemen werden.

Das richtige „Auge“ für die jeweilige Aufgabe wählen

Das Verständnis dieser vier grundlegenden Typen – Einweglichtschranke, Reflexionslichtschranke, Diffuslichtschranke und Hintergrundausblendung – ist der erste Schritt, um die Leistungsfähigkeit der photoelektrischen Sensorik zu nutzen. Berücksichtigen Sie Objekt, Entfernung, Umgebung und mögliche Hintergrundstörungen. Im Zweifelsfall kann die Beratung durch Sensorhersteller oder Automatisierungsspezialisten helfen, die optimale Technologie für Ihre spezifische Anwendung zu finden und so einen reibungslosen und effizienten Ablauf Ihrer Automatisierung zu gewährleisten. Entdecken Sie die Möglichkeiten; der richtige Sensor kann Ihnen den Weg zu mehr Produktivität ebnen.