Dem Licht auf der Spur

Jeder sichtbare Körper reflektiert Licht. Daher können Farben zur Beurteilung der Objekte in der Automatisierungstechnik verwendet werden. Die Sensoren sortieren die Erzeugnisse nach Farben, prüfen die Teile in der Eingangskontrolle, erkennen die Farb- und Druckmarken, kontrollieren die Intensität und Farbe der Leuchtdioden und vieles mehr. Um Übersicht über die Farbsensorik zu verschaffen, sind drei Fragen zu klären: Welche Farbsensoren gibt es, wie funktionieren diese und für welche Anwendungen werden sie eingesetzt.

Das Prinzip der Übereinstimmung

Ein Farbsensor prüft die Übereinstimmung von Farbwerten – hierzu wird das Messobjekt mit einer Weißlichtquelle (LED) beleuchtet und die reflektierten Farbanteile werden anschließend ausgewertet. Die Soll-Farben des zu prüfenden Objektes können im Sensor eingelernt und in einem Farbspeicher abgelegt werden. Den eingelernten Farben können zulässige Abweichungstoleranzen zugeordnet werden. Im weiteren Prüfablauf werden die gespeicherten Farbwerte mit den ermittelten Werten verglichen. Dazu wird der Farbabstand (∆E) zwischen der Objektfarbe und der eingelernten Referenz berechnet. Der Farbabstand ∆E ergibt sich aus den drei Koordinaten im Lab-Farbraum: Position auf der Rot-Grün-Achse (a), Position auf der Gelb-Blau-Achse (b) und die Helligkeit (L). Stimmen diese Werte unter der Berücksichtigung der Toleranzen überein, wird ein verwertbares Ausgangssignal erzeugt. Vorteil dabei ist, dass der Sensor die Farben genau so bewertet wie es ein menschliches Auge tun würde. Man spricht deshalb von einem perzeptiven oder „True-Color“ Farbsensor.

Farbsensoren für den flexiblen Einsatz

Farbsensoren von Micro-Epsilon bestehen aus einer Weißlichtquelle, einem Dreibereichsfotodetektor und einem Mikrocontroller. Der Fotodetektor ist das Herzstück des Farbsensors, er arbeitet nach dem Dreibereichsverfahren. Der Detektor wandelt das reflektierte Licht des Objektes in ein RGB-Signal um und der Mikrokontroller verarbeitet die Signale weiter. Hier kann ausgewählt werden, in welchen Farbraum die Rohwerte umgewandelt werden sollen (xyY, Lab, Luv, usw.) Der Mikrokontroller gibt dann die aufgenommenen Farbwerte als digitalen Zahlenwert aus, vergleicht sie mit dem Farbspeicher und führt ein Schaltsignal entsprechend den Ausgängen zu.

Die Farbsensoren der Reihe colorSENSOR unterteilen sich in zwei Gruppen. Die erste Gruppe benötigt zur Prüfung einen Lichtleiter. Die Elektronik wird dazu an der Anlage montiert und der Lichtleiter zum Messobjekt geführt. Je nach Anforderung stehen verschiedene Leistungsklassen zur Verfügung. Die Modelle unterscheiden sich durch Empfindlichkeit, Teach-In-Möglichkeiten und die minimal Farbabstände. Vorteil hierbei ist, dass auch an kleinen und unzugänglichen Stellen geprüft werden kann.

Die zweite Gruppe umfasst die Festoptik-Sensoren. Diese Modelle benötigen keinen Lichtleiter, sie beleuchten das Messobjekt selbst. Je nach Optik eignen sie sich für verschiedene Oberflächen. So wird die Klarglasoptik für große Abstände und matte Oberflächen herangezogen; für inhomogene, strukturierte und glänzende Oberflächen sind Sensoren mit diffuser Optik im Programm. Wenn die Oberfläche stark spiegelt, wird ein Polfilter verwendet. Bei fluoreszierenden Objekten wird auf die Sensoren mit Ultraviolet-LEDs zurückgegriffen. Für entfernte Messobjekte (max. Abstand 800 mm) werden spezielle Sensoren angeboten.

Die Farbsensoren colorSENSOR haben vielfältige Einsatzmöglichkeiten wie z. B. in der Pharmaproduktion bei der Tablettenverpackung. Nach dem Pressen überprüft der Farbsensor colorSENSOR die Farben der Tabletten. So gelangen die richtigen Tabletten in die richtige Verpackung. Die „Blindgänger“ werden gefunden und können ausgeschleust werden. Neben der Verpackungstechnik, kommen die Farbsensoren colorSENSOR bei der Automatisierung in der Lackiertechnik, der Oberflächenbeschriftung und der Drucktechnik zum Einsatz.

Online Farbmesssystem für die Qualitätskontrolle

colorCONTROL ACS 7000 ist eines der modernsten Online-Farbmesssysteme weltweit. Im Unterschied zu den konventionellen Technologien, wird dabei eine Farbe nicht nur über den Vergleich zum Referenzwert bestimmt, sondern über das Reflexionsspektrum eindeutig identifiziert. Das im colorCONTROL eingesetzte Spektralverfahren ist die genaueste Methode zur Farbmessung. Zunächst wird die Probe mit homogenem weißem LED Licht beleuchtet. Das Spektrum des reflektierten Lichtes wird danach mit einer Weißreferenz verrechnet. Daraus werden die Koordinaten im CIE-XYZ Farbsystem für alle Wellenlängen des sichtbaren Lichts (von 390 bis 780 nm) ermittelt und im gewünschten Farbraum ausgegeben. Der Controller berücksichtigt dabei verschiedene Beobachtungsbedingungen wie Lichtart und Normalbeobachter.

Drei Betriebsarten sind bei colorCONTROL ACS 7000 möglich: In der Ersten wird der Farbabstand ΔE zur Referenz gemessen. Dabei arbeitet das System mit bis zu 15 eingelernten Werten. Im zweiten Modus wird das Reflektivitätsspektrum der Probe ermittelt und ausgegeben. Im dritten Modus werden Farborte bestimmt und im gewünschten Farbraum angezeigt. Für die Qualitätsprüfung kann über einen beliebigen Zeitraum die Trendanalyse über die Farbwerte wahlweise in L*a*b*; XYZ oder RGB erfolgen. In allen Modi können Messungen mit der Geschwindigkeit bis 2 kHz durchgeführt werden. Die Bedienung und Anzeige erfolgt über eine Web-Oberfläche. Über Tasten am Controller oder die Bedieneroberfläche lässt sich auch eine Hell-/Dunkel-Korrektur durchführen. Zur Datenausgabe stehen Ethernet/EtherCAT, RS422 und digitale I/O‘s zur Verfügung.

Dank der hohen Messrate eignet sich colorCONTROL ACS 7000 für Überwachung von Farben und Schattierungen in der laufenden Produktion. Wegen der hohen Messgenauigkeit findet das System Einsatz im Labor und in der industriellen Forschung.

LED-Analyzer für die Produktion und Gebrauch

Zur Prüfung der Farbe, Intensität (Helligkeit) und Funktion (An/Aus) der LEDs werden LED-Analyzer in der Leuchtdiodenproduktion eingesetzt. Dafür wird jede einzelne Leuchtdiode über Kunststofflichtleiter mit dem LED-Analyzer verbunden. Je nach Anwendung bietet sich ein kompaktes Model mit 5 Messstellen an. Es ist in Fünfer-Schritten auf bis zu 20 Messstellen erweiterbar. Parallel können max. 100 LEDs in weniger als 1 Sekunde geprüft werden

Um die Funktion und Intensität der Leuchtdioden im Einsatz zu prüfen, stehen LED-Analyzer für einzelne LEDs zur Verfügung. Sie dienen der Automatisierung einzelner Prozesse, in dem die LED-Anzeige automatisch geprüft wird. Die LED-Analyzer geben einen Schaltsignal – Zahlenwert oder eine Gut/Schlecht-Aussage – aus.

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