Farben sind Sinneswahrnehmungen des menschlichen Auges und werden durch elektromagnetische Wellen im Bereich zwischen 380 und 780 nm hervorgerufen. Da Farbe zunehmend in industriellen Abläufen, bei der Ermittlung eines Zustandes und der Qualität von flüssigen und festen Stoffen eine besondere Rolle spielt, ist ein interessantes Marktsegment für hochwertige Farbsensorik entstanden. Wird die Aufgabenstellung eines Farbsensors erweitert, indem nicht nur die Eigenschaften der Farben sondern auch die Beschaffenheit der Oberflächen detektiert und ausgewertet werden können, lassen sich die Verwendungsmöglichkeiten noch einmal erheblich erweitern. Micro-Epsilon Eltrotec GmbH (MEE) beschäftigt sich seit vielen Jahren mit diesen Aufgabenstellungen und setzt die jahrelang gewonnenen Erfahrungen in Produktlösungen um.

Wie arbeiten Farbsensoren?

Farbsensoren nehmen hauptsächlich einen Farbvergleich vor. Das bedeutet, dass der Farbsensor die Übereinstimmung von Farbwerten ermittelt. Durch die Beleuchtung des Objektes mit einer Weißlichtquelle (LED) werden nur die Farbanteile des Objektes reflektiert. Die Soll-Farben des zu prüfenden Objektes werden im Sensor eingelernt (Teach-In) und in einem Farbspeicher abgelegt. Den eingelernten Farben können noch zulässige Abweichungstoleranzen zugeordnet werden. Im weiteren Prüfablauf werden nun die im Sensor gespeicherten Farbwerte mit den aktuell ermittelten Werten des Prüflings verglichen. Stimmen diese Werte unter der Berücksichtigung einer Toleranz überein, wird ein weiter verwertbares Ausgangssignal erzeugt. Das Ergebnis beruht also immer auf Basis der Berechnung des Farbabstandes zwischen der Farbe des Objektes und dem eingelernten Farbwert. Wichtig ist dabei, dass der Sensor das natürliche, menschliche Farbgefühl nachempfindet. Man spricht deshalb von einem perzeptiven Farbsensor bzw. von einem True-Color-Sensor. Die Farbunterschiede werden also vom Sensor genau so bewertet, wie es ein menschlicher Betrachter tun würde.

Die Hauptkomponenten der Micro-Epsilon-Farbsensoren bestehen aus einer Weißlichtquelle, einem sogenannten Dreibereichsfotodetektor und einem Mikrocontroller, der die aufwändige Signalverarbeitung durchführt. Das Herzstück des Farbsensors ist der Fotodetektor, der nach dem Dreibereichsverfahren arbeitet. Der Detektor wandelt das reflektierte Licht des Objektes in ein RGB-Signal um, das dem Mikrokontroller zur weiteren Verarbeitung zugeführt wird. Das vom Mikrokontroller verarbeitete Signal der Farbwerte wird als digitaler Zahlenwert ausgegeben oder nach dem Vergleich mit dem Farbspeicher als Schaltsignal entsprechend den Ausgängen zugeführt.

Anwendungen von Farbsensoren in der Industrie

In der Industrieautomation werden an Farbsensoren hohe Anforderungen gestellt. Fremdlichtunempfindlichkeit, geringe Temperatur- und Alterungsdrift, hohe Lebensdauer der Weißlichtquelle, einfache Parametrierbarkeit und kompakte Bauformen zählen zu den wichtigsten Anforderungen. Da jeder Körper Licht reflektiert, wird die Farbe als Merkmal zur Beurteilung des Objektes in der Automatisierungstechnik verwendet.

Daraus ergibt sich eine große Anzahl von Anwendungsmöglichkeiten: Sortierungen nach Farbe, Farbprüfungen in der Eingangskontrolle von Teilen, prüfen der Farbwerte bei Lackierarbeiten, Farb- und Druckmarkenerkennung, Prüfungen von Selbstleuchtern nach Intensität und Farbe sowie die Prüfung von Oberflächen sind Beispiele der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Farbsensoren.

Farbsensorik in der Unternehmensgruppe

Bedingt durch die Vielzahl unterschiedlicher Applikationen und deren Anforderungen an die Sensorik ist es wichtig, den Sensor auf bestimmte Anforderungen zu spezialisieren. Die Produktgruppe umfasst Farbsensoren der Serie colorSensor zum Farbvergleich bis hin zum messenden, online einsetzbaren Farbmessgerät der Serie colorControl. Die Anpassung der Farbsensorik an die jeweilige Aufgabenstellung in der Qualitätskontrolle und im Fertigungsablauf bedingte die Entwicklung einer kompletten Sensorserie.

Grundsätzlich werden Sensoren mit Festoptik und mit einem Anschluss von Lichtleitern unterschieden. Der Vorteil von Systemen mit Festoptik besteht zum einen in der kompakten Bauform, wobei Sende- und Empfangsoptik im Sensorgehäuse untergebracht sind. Diese Anordnung ermöglicht einen größeren Detektionsabstand, der je nach Sensortyp bis zu 800 mm reichen kann. Außerdem erzeugen diese Systeme einen größeren Messfleck, der bei einigen Aufgabenstellung notwendig ist. Diese Geräte sind als colorSensor-OT-Familie verfügbar.

Die Systeme mit Lichtleiteranschluss unter der Produktbezeichnung colorSensor LT können sehr nahe am Prüfprozess angeordnet werden. Durch die Verwendung eines Lichtleiters, der sowohl Sende- als auch reflektiertes Licht zum Farbsensor leitet, kann der Sensor bis zu 2000 mm vom Prüfprozess entfernt montiert werden. So gestattet dieses System eine flexible Anpassung an die Aufgabenstellung. Mit diesen Systemen wird ein Detektionsabstand bis zu 100 mm erreicht.

Bei allen Sensortypen ist es möglich, Farben per Teach-Funktionen komfortabel einzulernen und in Farbspeichern mit bis zu 255 Speicherplätzen abzulegen. Die Ergebnisse werden an digitalen Schnittstellen als Zahlenwerte oder als Gut/Schlecht-Aussage mittels Schaltausgang für den weiteren Steuerungsprozess zur Verfügung gestellt. Der Anwender wird durch eine Parametriersoftware mit grafischer Oberfläche bei der Anpassung des Sensors an den Fertigungsprozess unterstützt.

DER AUTOR Bernd Hendrych ist Leiter Vertrieb bei der Micro-Epsilon Eltrotec GmbH in Uhingen ( www.micro-epsilon.de )