Glaserkennung in trockener und nasser Umgebung

transparente Objekte sicher erfassen

Glaserkennung ist die Aufgabe, ein Material zu detektieren, das Licht überwiegend durchlässt. Ein optischer Sensor sieht von klarem Glas praktisch nur die Reflexion an den beiden Grenzflächen – am Übergang Luft zu Glas rund vier Prozent je Oberfläche. Alles andere geht hindurch, samt Blick auf den Hintergrund.

Kommt Wasser ins Spiel, wird die Aufgabe deutlich schwieriger: Ein Wasserfilm verkleinert den Brechungsindexsprung an der Oberfläche und senkt die Reflexion auf etwa ein Zehntel. Eine Glaserkennung, die trocken zuverlässig arbeitet, kann nass ausfallen – wenn sie nicht von vornherein für beide Zustände ausgelegt wurde.

Tippkemper-Matrix bietet dafür Lichttaster in Spezialausführungen zur Glaserfassung, unter anderem mit Grünlicht bei 574 nm, in den Bauformen M18, M30 und Quader im Metallgehäuse – wahlweise mit oder ohne Ex-Zulassung.

Warum Glas für optische Sensoren ein Sonderfall ist

Ein Lichttaster wertet normalerweise das diffus zurückgestreute Licht eines Objekts aus. Klares Glas streut aber kaum – es transmittiert. Vier Effekte machen daraus eine eigene Disziplin:

Schwaches Nutzsignal: Zurück kommt nur die gerichtete Reflexion an den Grenzflächen, nicht die diffuse Remission einer matten Oberfläche
Winkelabhängigkeit: Die gerichtete Reflexion trifft den Empfänger nur bei passender Geometrie – wenige Grad Verkippung genügen, um sie vorbeizuschicken
Hintergrunddurchgriff: Der Sensor sieht durch das Glas hindurch. Ein heller oder glänzender Hintergrund kann ein stärkeres Signal liefern als das Objekt selbst
Kanten und Wölbungen: An Rändern, Radien und Flaschenhälsen wird das Licht abgelenkt statt zurückgeworfen – dort entstehen die typischen Aussetzer

Glaserkennung im explosionsgefährdeten Bereich

Wo Glasverarbeitung mit lösemittelhaltigen Beschichtungen, Reinigungsmitteln oder brennbaren Stäuben zusammentrifft, kommt die Zonenfrage hinzu. Die Lichttaster stehen dafür in Ex-Ausführungen zur Verfügung:

Einsatz in den Ex-Zonen 1, 2, 21 und 22; aus dem sicheren Bereich kann in die Zonen 0 und 20 hineingestrahlt werden
Ex-d-Bauform sowie M18- und M30-Metallgehäuse für enge Einbausituationen
Eigensichere Reihe ASSURIX, wo ein Ex-i-Konzept vorgegeben ist
Lichtleiteradaption, wenn die Elektronik zwingend außerhalb der Zone bleiben muss

Die Zoneneinteilung nimmt der Anlagenbetreiber im Explosionsschutzdokument vor; die Sensorauswahl folgt der festgelegten Zone.

Weil Glas Licht überwiegend durchlässt. Ein Lichttaster wertet normalerweise das diffus zurückgestreute Licht eines Objekts aus – klares Glas streut aber kaum. Zurück kommt fast nur die gerichtete Reflexion an den beiden Grenzflächen, und die ist schwach und stark winkelabhängig. Zusätzlich sieht der Sensor durch das Glas hindurch den Hintergrund, der ein stärkeres Signal liefern kann als das Objekt selbst.

Am Übergang Luft zu Glas rund 4 Prozent je Oberfläche. Das folgt aus der Fresnel-Formel für senkrechten Lichteinfall mit den Brechungsindizes von Luft (1,00) und Glas (etwa 1,52). Bei einer Glasscheibe mit zwei Oberflächen stehen also grob 8 Prozent des eingestrahlten Lichts zur Verfügung – der Rest geht hindurch.

Weil ein Wasserfilm den Brechungsindexsprung an der Oberfläche verkleinert. Statt von 1,00 auf 1,52 springt der Index nur noch von 1,33 auf 1,52. Nach der Fresnel-Formel sinkt die Reflexion damit von rund 4,3 Prozent auf etwa 0,44 Prozent – auf ungefähr ein Zehntel. Ein Sensor, der auf trockenes Glas eingestellt wurde, hat diese Reserve in der Regel nicht.

Zwei Gründe. Erstens hat Wasser sein Absorptionsminimum im sichtbaren Bereich, während die ausgeprägten Absorptionsbanden im nahen Infrarot liegen – bei etwa 970 nm, 1200 nm, 1450 nm und 1950 nm. Ein Wasserfilm schwächt grünes Licht also kaum. Zweitens ist der sichtbare Lichtfleck bei der Ausrichtung und Fehlersuche an der Anlage direkt zu sehen, was bei Infrarot nicht der Fall ist.

Je nach Aufgabe: Lichttaster mit Grünlicht und Ausführungen zur Glaserfassung für die Anwesenheitskontrolle, Einweglichtschranken mit erhöhter Funktionsreserve für den sicheren Nachweis über die Bahnbreite, Triangulations- und Laserdistanzsensoren für die Auswertung des Abstands- oder Höhensprungs an der Kante sowie Lichtleiter-Sensorik für beengte oder heiße Einbauorte.

Über ein Prinzip, das den Hintergrund nicht mit auswertet. Bewährt sind die Triangulation, die den Abstand statt der Helligkeit auswertet, und die Einweganordnung, bei der ausschließlich die Abschwächung des durchgehenden Strahls zählt. Bei einem reinen Helligkeitsvergleich kann ein heller Hintergrund das schwache Glassignal überdecken.