Roboter sollen nicht nur Hindernisse erkennen, sondern auch auf welchen Böden sie sich fortbewegen, oder aber Stufen, ehe sie über diese stolpern. Als nächstes stellen 3D-Drucker und IP-Kameras Ingenieure vor reichlich neue Herausforderungen. So müssen Verkaufsmaschinen immer mehr unterschiedliche Verpackungen erkennen können, dazu noch identifizieren, ob es sich um durchsichtiges Glas oder Plastik oder sonstiges Kunststoffmaterial handelt. Auch die guten alten Bürodrucker werden immer noch leistungsfähiger, schrumpfen dabei aber weiter hinsichtlich ihrer Größe und Kosten.
Roboter und Fitness fordern genaue Positionen
Lichtbasierte Näherungssensoren sind allgemein auch unter den Bezeichnungen Fotomikrosensoren, Optische Sensoren, Slotted Switches, Optoschalter oder Fototransistoren bekannt. Sie werden häufig oder überwiegend dazu eingesetzt, die Präsenz oder Absenz von Objekten sowie die Geschwindigkeit und Ausrichtung bei rotierenden Objekten und anderen Anwendungen zu erkennen. Infrarote wie auch sichtbare LEDs überdauern mehr als 100.000 Betriebsstunden, sodass Optoschalter im Grunde eine schier unendliche Betriebslebensdauer haben. Sie schaffen bis zu 3.000 Schaltspiele pro Sekunde und können dabei in vier Mikrosekunden schalten. Aufgrund dieser Eigenschaften sind transmissive und reflektive Fotomikrosensoren nicht nur zur Entwicklung von Büroelektronik und Verkaufsautomaten so beliebt, sondern auch zum Einsatz in der Industrie-, Gebäude- und Heimautomatisierung. Jetzt kommen neue Anwendungen auf.
Einsatzszenarien für Sensoren
Roboter sind hier besonders interessant, aber es gibt noch viel mehr. 3D-Drucker beispielsweise müssen die Position des Druckkopfes genau ermitteln und den korrekten Einzug und Weitertransport der jeweiligen Faser bestätigen. IP-Kameras müssen den Winkel und die Position des Kamerakörpers erkennen können. Auch im Wellness- und Fitness-Bereich gibt es Einsatzbereiche, die eine genaue Positionserkennung
erfordern.
Für solch neue Anwendungen eignen sich die etablierten Methoden jedoch nicht immer. Diese mögen zwar die meisten Oberflächentexturen und Farben erkennen, durchsichtige Objekte aber nicht so einfach. Auch bei schwarzen Objekten können sie ausgetrickst werden. Viele Anwendungen haben eine geschlitzte Ausführung, bei der die Erkennung des Objekts durch die entsprechende Schlitzbreite begrenzt ist. Herkömmliche Methoden verfügen über einen langen Schaltabstand. Das kann gut, aber auch von Nachteil sein, wenn vereinzelte sich im Hintergrund bewegende Objekte zu Störquellen werden. Von neu aufkommenden Methoden profitieren also nicht nur neuartige Entwicklungen, sondern auch weitestgehend bereits etablierte Anwendungen.
Reflektive Lichttaster erkennen nur Objekte innerhalb einer spezifizierten Entfernung des Sensors. Sie können den Hintergrund ausblenden und, ungeachtet ihrer Farbe oder ihres Materials, sowohl spiegelnde als auch diffus reflektierende Objekte erkennen. Diese Light-Convergent-Reflective-Sensoren wurden ursprünglich für Reinigungsroboter entwickelt, die alle möglichen Fußbodenmaterialien jeglicher Farbe zu erkennen und zu säubern hatten. Die besondere Herausforderung an herkömmliche optische Sensoren bestand darin, Böden aus Glas oder schwarze Bereiche zu erkennen. Traditio-
nelle Sensoren taten sich auch schwer mit der Identifizierung von Stufen nach unten. Mit der Light-Convergent-Technologie können Reinigungsroboter zuverlässig darauf programmiert werden, sich vor herannahenden „Klippen“ abzuwenden und alle möglichen Bodenbeläge genauestens zu identifizieren, um die jeweils geeignetste Reinigungsmethode auszuführen.
Die gleiche Technologie kommt heute häufig auch in
Bürodruckern zum Einsatz, um unterschiedlichste Materialien einschließlich schwarzen Papiers und Klarsichtfolien zu erkennen. Auch Verkaufsautomaten können jetzt durchsichtige Tassen erkennen, ohne dass weiterhin wie bisher spezielle Aufdrucke auf durchsichtigen Glas- oder Plastikbehältern notwendig sind.
Ebenfalls neu sind Displacement-Mikrosensoren. Sie errechnen die exakte Distanz zum erkannten Objekt über die Ausgangsspannung, welche dieses proportional zur Entfernung erzeugt. Für diese Messmethode geeignete Vorrichtungen können Verschiebungen mit einer Auflösung von zehn Mikrometern bei einer Entfernung von 6,5 mm +/-1 mm feststellen. Das ist exakt genug, um zum Beispiel in einem Kopierer einen Doppeleinzug festzustellen, Banknoten in einem Geldautomaten zu erkennen und wie viel Papier im Bondrucker eines Kassensystems noch vorhanden ist.
Verstärkter Einsatz von Fotomikrosensoren
1960 brachte Omron als weltweit erstes Unternehmen Näherungsschalter auf den Markt und war in den frühen Siebzigern auch einer der Pioniere für LED-Lichtschranken. Obwohl das Kernprinzip, eine LED-Lichtquelle mit einem Detektor zu kombinieren, gleich geblieben ist, sind die Schalter seitdem erheblich raffinierter und genauer geworden. Die Entwicklungsarbeit geht auch kontinuierlich weiter. Die immer stärker zunehmende und weiter um sich greifende Roboter- und 3D-Technik werden zweifellos zu immer neueren Verbesserungen bei diesen flexiblen, zuverlässigen, hochleistungsfähigen Technologien führen. In diesen neuen elektronischen Systemen werden Fotomikrosensoren verstärkt zum Einsatz kommen.
