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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Fotoreflektoren sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 2 Hersteller von Fotoreflektoren und deren Firmenranking.
Inhaltsübersicht
Ein Foto-Unterbrecher ist eine Vorrichtung, bei der ein Lichtsender und ein Lichtempfänger in dieselbe Richtung ausgerichtet sind, Licht vom Lichtsender projiziert wird und das vom Objekt reflektierte Licht vom Lichtempfänger erfasst wird, um die Anwesenheit des Objekts zu erkennen.
Ein System, das Licht zur Erkennung eines Objekts verwendet, wird im Allgemeinen als Foto-Unterbrecher bezeichnet und bezieht sich auf ein Gerät, das die Fähigkeit hat, das Vorhandensein oder Fehlen und die Position eines Objekts durch Licht unter Verwendung einer Reihe von Lichtsendern und Fotodetektoren zu erkennen. Lichtschranken können in transmissive und reflektive Typen unterteilt werden. Transmissive Lichtschranken erkennen Objekte, indem sie das Licht auffangen, wenn es zwischen dem Lichtsender und dem Empfänger hindurchgeht.
Reflexionslichtschranken erkennen das von einem Lichtsender ausgesendete Licht, wenn es von einem Objekt reflektiert wird, und der Lichtempfänger erkennt das reflektierte Licht. Üblicherweise wird der Transmissionstyp als Foto-Unterbrecher und der Reflexionstyp als Fotoreflektor bezeichnet, um zwischen den beiden zu unterscheiden, weshalb sich dieser Artikel auf letztere beschränkt.
Foto-Unterbrecher werden hauptsächlich zur Erkennung von Objekten im Nahbereich eingesetzt. Weitere Anwendungen sind die Erkennung von Schwarz-Weiß-Mustern unter Ausnutzung der Tatsache, dass das Licht je nach Oberflächenfarbe des Objekts unterschiedlich reflektiert wird, und die Messung von Entfernungen, da sich die Signalstärke je nach Abstand zwischen Objekt und Fotoreflektoren ändert.
Ein konkretes Beispiel ist die Fähigkeit, festzustellen, ob sich ein Objekt in einer bestimmten Position befindet oder nicht. Dazu gehört die Erkennung des Zustands der Medienbefestigung in Plattenspielern. In Encodern, die in verschiedenen Geräten verwendet werden, ist eine kreisförmige Schlitzplatte mit einem eingravierten Schlitz an der Drehachse angebracht, und ein Fotoreflektor wird ebenfalls in dem Mechanismus verwendet, um den Betrag der Drehung durch Zählen dieses Schlitzes zu erkennen.
Da sich in den geschlitzten Bereichen des Schlitzes keine Objekte befinden, kann die Anzahl der geschlitzten Bereiche anhand des Signals des lichtempfangenden Teils gezählt werden. Ein Beispiel für die Erkennung von Farbunterschieden ist die Verwendung eines selbstfahrenden Roboters als Sensor in einem Wegerfassungsmechanismus, wenn er sich entlang einer weißen Führungslinie bewegt.
Eine weitere Anwendung von Foto-Unterbrechern ist die Messung grober Abstände, z. B. bei der Erkennung von Tinten- oder Tonerresten in Druckern.
Ein Foto-Unterbrecher besteht aus einem lichtemittierenden Element, z. B. einer LED im nahen Infrarotbereich, und einem lichtempfangenden Element, z. B. einem Fototransistor oder einer Fotodiode, die in dieselbe Richtung weisen. Das von dem lichtemittierenden Element ausgesandte Licht wird von dem zu erfassenden Objekt reflektiert, und das lichtempfangende Element erfasst das reflektierte Licht, um das Objekt zu erfassen.
Die Intensität des reflektierten Lichts hängt unter anderem von der Entfernung zwischen dem Objekt und dem Foto-Unterbrecher ab. Je näher das Objekt und der Foto-Unterbrecher sind, desto stärker ist das reflektierte Licht, sodass der Abstand zwischen dem Objekt und dem Foto-Unterbrecher grob aus der Intensität des reflektierten Lichts bestimmt werden kann.
Da der Reflexionsgrad des Lichts von der Farbe und Dichte des Objekts abhängt, ermöglicht die Erfassung der Lichtintensität auch die Erkennung von Farbunterschieden und Grautönen.
1. Umgebungslicht
Es ist zu berücksichtigen, dass das lichtempfangende Element eines Foto-Unterbrecher strukturell nach außen hin eingebaut ist, sodass störendes Licht dazu neigt, den lichtempfangenden Teil zu umgehen. In der Regel wird im lichtempfangenden Teil des Foto-Unterbrechers ein Sperrfilter für sichtbares Licht installiert, der Licht mit einer Wellenlänge von 700 nm oder weniger blockiert, um den Einfluss von Störlicht zu verringern, aber auch dies kann es nicht vollständig verhindern.
2. Hintergrund
Der Hintergrund bewirkt, dass das Licht des Lichtsenders von einem Hintergrundobjekt reflektiert wird, auch wenn es kein zu erfassendes Objekt gibt, was zu einer falschen Erfassung durch das Lichtempfangselement führt. Wenn beispielsweise ein Papier über einen Rahmen aus rostfreiem Stahl oder verzinktem Stahl läuft und der Durchgang des Papiers erkannt wird, kann es vorkommen, dass der Lichtempfangssignalpegel, wenn kein Papier vorhanden ist, größer ist als der Lichtempfangssignalpegel, wenn Papier erkannt wird.
Daher sollte der Hintergrund rein schwarz sein oder eine große Fläche zur Verfügung haben.
3. Lichtreflexion des erkannten Objekts
Hinsichtlich des Ausgangspegels ist zu beachten, dass die Menge des reflektierten Lichts je nach Art, Entfernung und Größe des erkannten Objekts stark variiert. Ursprünglich liefert der Fotostrom eines reflektierenden Foto-Mikro-Sensors selbst bei der Erfassung eines Objekts nur einen Strompegel von einigen zehn bis hundert µA, sodass man sich darüber im Klaren sein muss, dass der Ausgangspegel des Lichtempfangselements selbst gering ist.
Es ist zu bedenken, dass auch bei dunkler Umgebung Dunkel- und Leckströme durch den Fotodetektor fließen, die bei einem Temperaturanstieg 10 µA oder mehr erreichen können, und dass diese Rauschpegel im Verhältnis zum Signalpegel nicht vernachlässigt werden können. Besondere Aufmerksamkeit ist Objekten mit geringem Reflexionsgrad zu widmen, da das Signal-Rausch-Verhältnis sehr gering ist.
4. Erkennung von kleinen oder transparenten Objekten
Wenn das zu erfassende Objekt klein oder transparent ist, ist das reflektierte Licht schwach und der Ausgangssignalpegel des Fotodetektors ist gering und kann mit dem Rauschen verwechselt werden. Es ist wichtig, die Spezifikationen des Foto-Unterbrechers im Hinblick auf die Größe des zu erfassenden Objekts zu überprüfen.
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