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Industrielle Automation 3/2016

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Industrielle Automation 3/2016

02 Das Farbsensorsystem

02 Das Farbsensorsystem kompensiert zuverlässig Drifterscheinungen; im Bild ist eine typische Kompensation der Aufwärmdrift zu sehen Driftkompensation für den Menschen nicht mehr wahrnehmbar. Bild 02 zeigt die Wirkung der Kompensation beispielhaft für die Aufwärmphase des Sensorsystems. Zur Fremdlichtkompensation wird im Farbsensorsystem eine Choppermethode eingesetzt. Aus zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Messungen mit und ohne Messlicht wird das Fremdlicht, welches sich aus der Umgebung der Messstelle mit dem Messlicht überlagert, durch Differenzbildung herausgefiltert. Voraussetzung für die Wirksamkeit dieser Methode ist, dass zum einen die Chopperfrequenz hoch genug ist, damit auch Wechsellicht aus der Umgebung (typ. im 100 Hz Bereich) kompensiert werden kann. Zum anderen darf die Gesamtintensität von Fremd- und Messlicht den Dynamik bereich des Systems nicht verlassen. Kompensation von schwankenden Messabständen Im hier vorgestellten Farbsensorsystem wird ein neuartiges patentiertes Verfahren zur Kompensation von Abstandsschwankungen eingesetzt, das sich besonders durch seine Wirksamkeit und seine einfache technische Umsetzbarkeit auszeichnet. Damit sind nun beispielsweise Anwendungen lösbar, bei denen die Messobjekte nicht exakt geführt werden können, weil sie sich z. B. auf einem schwankenden Förderband befinden oder eine unterschiedliche Größe aufweisen. Zur Abstandskompensation ist das Sensorsystem mit einer speziellen Faseroptik und einer zweiten Dreibereichsfotodiode ausgestattet. Das Verfahren beruht auf der Nutzung von zwei verschiedenen Intensitätsgängen von Empfangsfaseroptikbündeln. Das Bild 01 zeigt das Blockbild des Sensorsystems. Implementiert sind zwei Dreibereichsfotodioden als spektralselektive Lichtempfänger sowie eine Weißlicht-LED als Lichtquelle. Die beiden Dreibereichsfotodioden sind je einem Haupt- und einem Nebenempfangskanal zugeordnet. Hauptund Nebenempfangskanal müssen in ihren elektronischen, optischen sowie spektralen Eigenschaften gut übereinstimmen. Entscheidend für das Prinzip ist, dass die beiden Empfangskanäle bezüglich ihrer Abstandsfunktion eine unterschiedliche charakteristische Kurve besitzen. Aufbau und Anordnung der Faseroptik Die speziell konfigurierte Faseroptik bestimmt entscheidend die Eigenschaften und die Qualität der Kompensation. Sie besteht aus vielen einzelnen Glasfasern und besitzt eine koaxiale Anordnung der Empfängerfasern mit fixem Versatz im Tastkopf (Bild 03). Die Einzelfasern der Optik werden auf der Sensorseite in drei Faserbündel aufgeteilt. Ein Bündel wird für die Beleuchtung, ein anderes Bündel für den Hauptempfangskanal und ein weiteres Bündel für den Nebenempfangskanal verwendet. An der Tastkopfseite der Faseroptik erfolgt schließlich eine Aufteilung der Einzelfasern in zwei Faserbündel. Ein Faserbündel befindet sich in der Tastkopfmitte und enthält einen Teil der Fasern der Beleuchtungsoptik sowie alle Fasern des Hauptempfangskanals. Das zweite Faserbündel ist koaxial und um wenige Millimeter zurückgesetzt im Tastkopf der Faseroptik angeordnet und enthält den anderen Teil der Fasern der Beleuchtungsoptik sowie alle Fasern des Nebenempfangskanals. Die Anordnung der Einzelfasern im Tastkopf erfolgt statistisch gemischt. Damit wird ein Ausgleich von strukturbedingten Signalunterschieden der Objektoberfläche geschaffen. Die Abstandsfunktion der beiden Empfangskanäle wird durch die Intensitätsgänge der Empfangsfasern definiert. Von den gemessenen Intensitätswerten der beiden Empfangskanäle wird der Quotient gebildet. Die Kernidee der Methode beruht darauf, dass dieser Quotient nur vom Messabstand abhängt und somit weitgehend unabhängig von den farblichen Eigenschaften des Messobjektes selbst ist. Die spezifische Abstandsfunktion des Sensorsystems wird bei der Kalibration ermittelt und im Sensor hinterlegt. Während der Betriebsphase wird aus dieser Funktion ein Korrektursignal zur Abstandskompensation der drei spektralen Empfindlichkeitsbereiche des Hauptkanals gewonnen. Resumee Das hier beschriebene Farbsensorsystem ermöglicht eine langzeitstabile und speziell abstandsunabhängige Erkennung und Bewertung von Farben im Umfeld der industriellen Fabrikautomation. Durch die Abstandsunabhängigkeit ist das Sensorsystem in der Lage, ohne fixe Tastkopf-Messobjekt- Positionierung zu arbeiten. Mit einem separaten Monitorkanal gelingt eine zuverlässige Kompensation von alterungs- und temperaturbedingten Drifterscheinungen. Damit ist ein Dauereinsatz des Systems ohne störende Wartungseingriffe möglich. Das Farbsensorsystem ist ein Produkt der Firma Astech GmbH aus Rostock. Das System trägt die Bezeichnung Cromlaview CR500. Auf die Verfahren zur Abstandsund Driftkompensation bestehen Schutzrechte beim Unternehmen. www.astech.de 03 Die Faseroptik besteht aus vielen einzelnen Glasfasern und besitzt eine koaxiale Anordnung der Empfängerfasern im Tastkopf 84 INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2016

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