Dunkle oder spiegelnde Objekte, problematische Lichtverhältnisse, große Objektabstände - in solchen Fällen stellt das Sensorprinzip der Lichtlaufzeitmessung (Time of Flight) eine Alternative zu üblichen Lichttastern mit Hintergrundausblendung oder analogen Abstandssensoren dar. Time-of-Flight-Sensoren sind inzwischen auch in Kompaktbauform erhältlich und somit flexibel sowohl für Inspektions- als auch Messanwendungen einsetzbar.

Äußerlich sehen die Lichtlaufzeitsensoren der Kompaktbaureihe F 55 von Sensopart den Reflexionslichttastern derselben Reihe ähnlich - hinsichtlich Funktionsprinzipien allerdings unterscheiden sie sich grundlegend: Während Lichttaster mit Hintergrundausblendung den Abstand zum Objekt nach dem Triangulationsprinzip ermitteln, berechnet ihn der Time-of-Flight-Sensor aus der Laufzeit von Laserpulsen.

Prinzipbedingt bietet das Lichtlaufzeitverfahren auch bei schwierigen Lichtverhältnissen ein hohes Maß an Prozesssicherheit. Zudem ist die Detektionssicherheit praktisch unabhängig von der Farbe und Oberflächenbeschaffenheit der Objekte. Mit Lichtlaufzeitsensoren lassen sich somit beliebige Materialien und Oberflächen von Tiefschwarz bis Hochglänzend zuverlässig detektieren. Auch bei Fremdlicht und kritischen Hintergründen wie zum Beispiel Reflektorwesten, Signallampen, reflektierende Metallstreben oder nassen, spiegelnden Böden liefert die Lichtlaufzeitmessung ein eindeutiges Empfängersignal.
Ein weiterer Vorteil des Lichtlaufzeitverfahrens ist die im Vergleich zu üblichen Lichttastern deutlich höhere Reich- beziehungsweise Tastweite, die bis zu fünf Metern auf weiße und drei Metern auf schwarze Objekte beträgt - konventionelle Lichttaster derselben Baugröße erreichen Tastweiten von etwa 1 m.

Für einen Sensor im Kompaktformat (50 x 50 x 23 mm3) sind dies Werte, wie sie sonst nur mit größeren Bauformen oder höheren Laserschutzklassen realisierbar wären. Die Lichtlaufzeitsensoren der Reihe F 55 von Sensopart erfüllen die Laserschutzklasse 1, wodurch eine gefahrlose Handhabung gegeben ist.

Beispiele aus der Praxis

1. Lager- und Fördertechnik
Die Detektion von runden, spiegelnden Oberflächen, beispielsweise von Flaschen, stellt für optoelektronische Sensoren generell eine Herausforderung dar. In diesem Fall werden Flaschen aus verschiedenfarbigem Glas in einem Hochregal eingelagert. Ein in rund zwei Metern Entfernung am Regal montierter Sensor überwacht die Fachbelegung und meldet, wenn das Lagerfach vollständig aufgefüllt wurde. Das starke Fremdlicht durch die Lagerhallenbeleuchtung und die spiegelnden Metallstreben der Regalkonstruktion dürfen den Sensor nicht irritieren, ebenso wenig die gekrümmten Oberflächen der Flaschen. Abgesehen von der mangelnden Tastweite erreicht ein klassischer Lichttaster mit Hintergrundausblendung in solchen Fällen nicht die erforderliche Schaltsicherheit, da zu wenig Licht zum Sensor remittiert wird. Für den Time-of-Flight-Sensor ist die Remission hingegen vollkommen ausreichend. Zum Einsatz kommt ein Lichtlaufzeitsensor mit Schaltausgang (FT 55-RLHP).
Eine weitere Anwendung in der Lager- und Fördertechnik ist die Steuerung von fahrerlosen Transportfahrzeugen zur Positionierung und Kollisionsvermeidung. Auch hier arbeitet der Lichtlaufzeitsensor - in diesem Fall die messende Sensorvariante mit Analogausgang FT 55-RLAP - trotz starken Fremdlichteinfalls zuverlässig und sendet präzise Abstandsinformationen an die Steuerung, um das Transportfahrzeug und sein Transportgut sicher zur ausgewählten Abladeposition zu steuern.

2. Abwicklungskontrolle von Coils
Bi der Abwicklungskontrolle von Coils kommt ebenfalls ein Lichtlaufzeitsensor mit Analogausgang zum Einsatz. Er misst den Abstand zur Oberfläche des Coils und gibt diesen in Form eines analogen Signals aus. Zusätzlich zum Analogausgang verfügt der Sensor über einen Schaltausgang, dessen Schaltfenster sich auf einen beliebigen Abstandsbereich legen lässt. Auf diese Weise kann bei einem bestimmten gemessenen Abstandswert die Information über einen bevorstehenden Rollenwechsel an die Steuerung ausgegeben werden. Die große Reichweite und die oberflächenunabhängige Detektion des Sensors erlaubt es, auch große Coil- oder Spulendurchmesser aus sicherere Entfernung präzise zu bestimmen, selbst bei teilweise rostbehafteten Metall- oder dunklen Textil- und Papieroberflächen.

3. Positionieranwendungen in der Automobilfertigung
Ein weiteres typisches Einsatzfeld für Lichtlaufzeitsensoren sind Positionieraufgaben, beispielsweise in der Automobilproduktion. Auch hierbei ist wieder die mögliche größere Entfernung zum Prozess wichtig - zum Beispiel bei der Positionierung von Montagerobotern mit ihren weit ausdrehenden Armen. Zum Einsatz kommt auch bei dieser Anwendung die Sensorversion mit Analogausgang, die für eine sichere und präzise Annäherung an das Tastgut oder an die korrekte Abladeposition sorgt.

Eine weitere Anwendung im Automobilbereich ist die Anwesenheits- oder Positionskontrolle von Komponenten und Baugruppen mit sehr dunkler oder inhomogener Oberfläche, beispielsweise von schwarzen Autoreifen. Auch solche Objekte lassen sich mit einem Lichtlaufzeitsensor mit Schaltausgang (FT 55-RLHP) sicher erfassen. Die präzise Wiederholgenauigkeit im Millimeterbereich sowie die hohe Schaltfrequenz erlauben einen flexiblen Einsatz der Time-of-Flight-Sensoren für vielfältige Detektionsaufgaben.

Fazit:
Sinnvolle Alternative für schwierige Oberflächen und große Abstände
Generell lässt sich sagen, dass Lichtlaufzeitsensoren auf Objekten und Materialien, mit denen klassische Lichttaster und Abstandssensoren überfordert sind, häufig sehr gute Ergebnisse liefern. Dies gilt nicht nur für spiegelnde oder dunkle Objekte aus Metall, Glas oder Kunststoff, sondern auch für matte Gummioberflächen oder sägeraues, gemasertes Holz. Auch bei der Füllstandkontrolle nichttransparenter Flüssigkeiten und Granulate bewährt sich das Funktionsprinzip der Lichtlaufzeitmessung. Wenn eine hohe Prozesssicherheit auf schwierigen Objekten bei großen Abständen und schwierigen Lichtverhältnissen verlangt ist, ist der Einsatz der kompakten Lichtlaufzeitsensoren der Baureihe F 55 von Sensopart eine Alternative.