Kontrastsensoren sind optoelektronische Sensoren, die nach dem Prinzip eines Reflextasters funktionieren: Ausgesendetes Licht wird vom Objekt reflektiert und wiederaufgenommen und ausgewertet.
Weißlicht wird zur Erkennung von Druck- und Kontrastmarken in unterschiedlichen Farben eingesetzt. Laserlicht wird verwendet um verschiedene Objekte anhand von Kontrastunterschieden zu unterscheiden.
Kontrastsensoren mit Weißlicht arbeiten mit sehr hohen Schaltfrequenzen und einem rechteckigen Richtfleck. Durch das Weißlicht können sämtliche Farben optimal erkannt werden.
Mit Laserlicht wird bei höheren Abständen bis zu 150 mm gearbeitet. Der fokussierte kleine Lichtfleck ist ideal für sehr kleine und feine Objekte geeignet.
Weißes Licht entsteht im RGB-Farbmodell durch additive Farbmischung. Das heißt durch das Zusammenmischen von rotem, grünen und blauem Licht.
Die RGB-Fotodiode besteht aus drei Bereichen entsprechend dem RGB-Farbraum. Je nach reflektierter Farbe wird das Licht entsprechend der Reflexionseigenschaften durch die drei Kanäle ausgewertet.
Die monochrome Fotodiode besteht aus einer einzigen durchgängigen Fläche. Sie wertet die empfangene Helligkeit aus und sortiert sie in einer Grauskala ein.
Jitter bezeichnet die zeitliche Schwankung bei der Erkennung eines Objekts. Es handelt sich also um die Varianz der Reaktionszeit. Ein geringer Jitter gewährleistet eine hohe Positioniergenauigkeit bei hohen Maschinengeschwindigkeiten.
Kontrastsensoren mit Weißlicht erreichen maximale Schaltfrequenzen von 50 kHz. Kontrastsensoren mit Laserlicht erreichen Schaltfrequenzen von bis zu 20 kHz.
Der Temperaturbereich reicht von min. –25 °C bis max. 60 °C. Der Temperaturdrift der Sensoren ist gering. Somit haben sie eine gleichbleibend gute Messleistung bei schwankenden Temperaturbedingungen.
Kontrastsensoren mit Weißlicht sind geeignet für Anwendungen mit Kontrastmarken im Nahbereich von bis zu 40 mm. Kontrastsensoren mit Laserlicht sind zur Kontrastunterscheidung bis 150 mm einsetzbar.
Bei glänzenden Objekten erfolgt die Montage des Kontrastsensors schräg, also in einem Winkel von ca. 10 Grad.
Bei Materialien mit aufgedrucktem Muster wird eine schwarze Kontrastmarke empfohlen, wenn das Muster des Hintergrundmaterials kein Schwarz enthält. Das bedeutet, dass nur sehr dunkle Marken erkannt werden und andersfarbige Muster ausgeblendet werden. Grundsätzlich gilt: Je höher der Kontrast zwischen Marke und Hintergrund, umso besser.
Bei transparenten Folien ist es wichtig zu berücksichtigen, welches Material sich hinter der Folie selbst befindet. Ist das Material hell, können wir entweder eine dunkle oder eine helle Markierung auf der transparenten Folie verwenden. Wenn das Material hinter der Folie dunkel ist oder sich nichts dahinter befindet, wird die Anwendung mit einer hellen Markierung besser funktionieren als mit einer dunklen.
Glänzende Oberflächen reflektieren sehr viel Licht zum Sensor zurück, ähnlich wie ein Spiegel. In diesem Fall wäre eine dunkle Marke am besten geeignet. Außerdem ist bei Anwendungen mit glänzenden Objekten der schräge Aufbau des Sensors entscheidend, damit die Farbinformationen genauer werden und die Vibrationsfestigkeit erhöht wird.
Kontrastsensoren haben einen definierten Arbeitsbereich, in dem sie funktionieren. Es muss sichergestellt sein, dass sich die zu erfassenden Objekte innerhalb des angegebenen Arbeitsbereichs befinden. Schwankungen im Abstand wirken sich auf die empfangenen Lichtintensitäten aus und können die Erkennungsleistung verringern.
Für Markierungen auf einem konstanten, einfarbigen Hintergrund wird empfohlen, den Druckmarkenmodus zu verwenden. Für schwarze Marken auf einem gemusterten Hintergrund wird der Kontrastmodus empfohlen. Wenn nur Marken mit bestimmten Farben erkannt werden sollen, kann dies mit dem Farbmodus erreicht werden. Die Sprungerkennung kann sowohl im Druckmarken- als auch im Kontrastmodus für Anwendungen verwendet werden, bei denen unterschiedliche Materialien verwendet werden und die Marke nicht immer die dunkelste oder hellste unter den möglichen Mustern ist.
Starke Vibrationen, zu viel Umgebungslicht oder hohe elektrische Störungen können die Leistung von Kontrastsensoren beeinflussen.
Eine falsche Montage kann die Genauigkeit eines Kontrastsensors beeinträchtigen. In diesem Fall muss die Bewegungsrichtung zur Seite des Sensors und die Schräglage sowie der angegebene Arbeitsabstand beachtet werden. Knittrige oder glänzende Materialien können die Genauigkeit unter Umständen ebenfalls beeinflussen.
Kontrastsensoren mit Weißlicht haben einen rechteckigen Lichtfleck. Damit eignen sie sich besonders für die Erkennung von rechteckigen Marken in dynamischen Prozessen. Es können aber auch andere Objekte erkannt werden, solange der Lichtfleck auf dem Objekt abgebildet werden kann.
Die Beleuchtung kann die Lichtreflexion von Objekten beeinflussen. Um die Leistung eines Kontrastsensors zu optimieren, sollte die Beleuchtungssituation daher konstant sein.
