Eine dunkle Fläche reflektiert weniger Licht als eine hellere Fläche. Genau diese Eigenschaft machen sich Kontrasttaster zunutze. Sie funktionieren ähnlich wie energetische Taster, die nach dem Prinzip der Intensitätsauswertung ­arbeiten. 

Kontrasttaster erfassen die visuellen Unterschiede (zum Beispiel Reflexionsvermögen oder Helligkeitsunterschiede) zwischen unmittelbar benachbarten Gebieten auf einer Objektoberfläche. Hierzu wird dem Sensor in der Regel per Teach-In zunächst der Hintergrund beziehungsweise Untergrund und anschließend die hierauf zu detektierende Markierung oder Marke vorgegeben. Das Gerät ermittelt hieraus automatisch die Schaltschwelle. Im weiteren Betrieb wertet das Gerät nun fortlaufend die Intensität des von der Detektionsfläche reflektierten Lichts aus. Erreicht oder unterschreitet nun diese reflektierte Lichtmenge die ermittelte Schwelle, dann gibt der Sensor ein Schaltsignal aus. Wird mehr Licht reflektiert, also die zuvor ermittelte Schaltschwelle überschritten, dann erzeugt der Sensor kein Schaltsignal.  

Vielfältige industrielle Einsatzfelder für Kontrasttaster

Oftmals erschließen sich für Anwender nicht immer sofort die Potenziale einer bestimmten Sensorlösung. Was zumindest das Thema Kontrasttaster anbetrifft, so lassen sich diese Lösungen in sehr vielfältigen Applikationen einsetzen. Hier nur einige wenige Beispiele:
als Impulsgeber für Zähleinrichtungen, 

• zur berührungslosen Positionserfassung, 
• zur Lage- und Positionserkennung von schnell bewegten Objekten, 
• zur hochgenauen Erfassung von Objektkanten, 
• zur Positionskontrolle von Druck- oder Farbmarken, 
• zur Unterscheidung von Helligkeits­abweichungen an Objekten,
• zur Intensitätskontrolle von sogenannten Selbstleuchtern, wie LEDs oder Displays.

Für solche und viele weitere Applikationen stehen eine ganze Reihe an Kontrasttastern mit unterschiedlichen technischen Eigenschaften zur Verfügung. Vor diesem Hintergrund lässt sich das Portportfolio von IPF Electronic in diesem Bereich in per Teach-In oder Potentiometer einstellbare Kompaktgeräte als All-in-one-Lösungen und High-End-Geräte einteilen, die über eine spezielle Software parametriert werden. Welche ­Lösung sich letztendlich für welche Applikation eignet, hängt maßgeblich von der konkreten Aufgabenstellung in der Praxis ab. 

Kompaktgeräte: Hohe Präzision und Reichweiten

Die Kompaktgeräte von IPF Electronic arbeiten vorwiegend mit sichtbarem Laser-Licht und verfügen über einen Schaltausgang. Flankiert werden diese Kontrasttaster durch den PK170020, der zusätzlich zu einem Schaltausgang noch einen Analogausgang hat. 
Alle Geräte verfügen über einen sehr kleinen Laser-Lichtpunkt beziehungsweise eine feine Laser-Linie und können daher sehr kleine Marken oder Markierungen erkennen. Da die Sendelichtquelle der Sensoren sichtbares Rotlicht abstrahlt, bereitet deren Installation in den meisten Fällen keinerlei Probleme. Hinzu kommt, dass aufgrund der für die Geräte geltenden Laser-Schutzklassen 1 beziehungsweise 2 während der Montage keine besonderen Schutzvorkehrungen zu beachten sind.

Die Kontrasttaster im Kunststoff- oder Zinkdruckgussgehäuse (ausnahmslos Schutzklasse IP67) mit M8- oder M12-Anschlussstecker verfügen über Reichweiten von 3 bis 300 mm und sind für Umgebungstemperaturen von -10 bis 50° C ausgelegt. 

Ergänzt werden die Kompaktgeräte durch den OK500320, der mit einem punktförmigen Weißlicht anstelle einer Laser-Diode arbeitet und über eine Tastweite von 30 mm verfügt.  

Vor- und Nachteile von Laser-Kontrasttastern

Kontrasttaster mit Laser-Diode ermöglichen große Reichweiten und lassen sich aufgrund des sichtbaren Rotlichts nach der Montage sehr einfach in einer Applikation justieren. Die Inbetriebnahme der Geräte bereitet ebenfalls keinerlei Probleme, da sie zumeist per Teach-In parametrierbar sind. Die Geräte mit punkt- oder linienförmigem Laserstrahl können während des Betriebs unter anderem aufgrund der kleinen Lichtstrahldurchmesser beziehungsweise geringen Strahlbreite auch sehr kleine Marken detektieren.

Bei allen positiven Eigenschaften lassen sich hingegen transparente Objekte mit Kontrasttastern nur schwer erfassen, was vor allem mit dem Transmissionsgrad zu tun hat, also der Durchlässigkeit von transparenten Materialien für sichtbares Licht. Sehr raue Oberflächenstrukturen, zum Beispiel von Rohgussteilen oder sandgestrahlten Bau­teilen, können wiederum den Laser-Strahl derart stark streuen, dass der Empfänger des Gerätes kaum reflektiertes Licht zur Auswertung erhält und somit den Sensor in seiner Funktion beeinträchtigen.

Generell sollten Anwender außerdem beim Einsatz von Kontrasttastern darauf achten, dass die zu erfassende Markierung oder Marke nicht kleiner ist als der Lichtpunkt des Gerätes selbst, weil es sonst durch eventuelle, in der unmittelbaren Detektionsumgebung vorherrschenden Störeinflüsse zu Fehlfunktionen des Sensors kommen kann.

High-End-Kontrasttaster für besondere Aufgaben

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Kompaktgeräten bietet IPF Electronic Kontrasttaster als High-End-Lösungen mit digitalen Schaltausgängen und zwei Analogausgängen an, die ein graustufenabhängiges analoges Signal (0…10 V und 4…20 mA) liefern. Diese Lösungen sind für spezielle Applikationsanforderungen entwickelt und für den Anschluss von Lichtleitern vorgesehen. Für die Lichtleiter steht zudem eine große Bandbreite an Optiken bereit, um den Lichtfleck beziehungsweise den jeweils erforderlichen Erfassungsbereich zu bestimmen.

Parametrier-Software zeigt, was im Sensor passiert

Gleichermaßen flexibel wie vielseitig einsetzbar sind diese High-End-Geräte vor allem durch die Parametrier-Software. Anders als bei den Kompaktgeräten ermöglicht sie quasi einen Blick in den Sensor, weil die vom Gerät erfasste Signalstärke (Intensität) des von einem Hintergrund und einer Marke reflektierten Lichts sowie deren Verhältnis zueinander visualisiert wird. Das Delta (δ) (der Signalabstand zwischen Hintergrund und Marke) sollte bei der Detektion idealerweise möglichst groß sein. Über die Parametrier-Software lässt sich in diesem Zusammenhang sehr schnell feststellen, ob eine Systemlösung für eine spezielle Applikation die gewünschten Ergebnisse liefert oder optional eine andere Lichtleiterausführung mit entsprechender Optik bessere Resultate erzielt. Über die Software ist zusätzlich die Hysterese des Sensors einstellbar.

Der Einsatz der High-End-Geräte ist zudem immer dann sinnvoll, wenn beispielsweise mehrere Objekte mit variierenden Markierungen oder Marken zu erfassen sind, weil sich hier das intensitätsproportionale Signal des Analogausgangs auf einer Steuerung (SPS) auswerten lässt. Zuvor auf der SPS festgelegte produktabhängige Grenzwerte lassen sich so bei einem Produktwechsel abrufen, ohne das Gerät hierfür neu parametrieren zu müssen. 

Mehr Flexibilität plus Geschwindigkeit

Ein weiterer Vorteil der High-End-Kontrasttaster besteht unter anderem darin, dass die Lichtleiter, die die Intensität des von einer Marke oder Markierung reflektierten Lichts an den High-End-Kontrasttaster übertragen, unabhängig vom eigentlichen Sensor selbst in sehr schwer zugänglichen Bereichen zur Detektion installiert werden können. Zu den erwähnenswerten Eigenschaften der Sensoren von IPF Electronic gehören überdies die hohen Schaltfrequenzen. So eignet sich zum Beispiel der OK630180 mit seiner Schalt­frequenz von 200 kHz, also bis zu 200.000 Signale pro Sekunde, für Detektionsaufgaben in sehr schnell laufenden Prozessen.

Autoren
Christian Fiebach, Geschäftsführer von IPF Electronic
Martinus Menne, Freier Fachjournalist aus Drolshagen