Optische Messtechnik / Messtaster
Abstandssensoren: Arten & Auswahlkriterien
Für die berührungslose Abstandsmessung stehen zahlreiche Sensortechnologien zur Verfügung – doch nicht jeder Sensor eignet sich für jede Aufgabenstellung.
Wir stellen die vier gängigsten Arten von Abstandssensoren vor, erklären ihre Funktionsweise und typischen Einsatzbereiche und zeigen, welche Technologien sich für welche Anforderungen besonders gut eignen.
Was ist ein Abstandssensor?
Abstandssensoren sind berührungslose Messsysteme, die Entfernungen zu einem Objekt präzise bestimmen können. Technisch gesehen handelt es sich dabei um Wandler, die eine Energieform (z. B. Licht, Schall oder elektromagnetische Wellen) in eine andere umwandeln.
Wie funktioniert ein Abstandssensor?
Die Messung erfolgt, indem der Sensor ein Signal in Richtung des Zielobjekts sendet und anschließend das reflektierte Signal analysiert. Dabei wird beispielsweise die Zeit gemessen, die das Signal für den Hin- und Rückweg benötigt. Alternativ werden Veränderungen der Signalintensität bzw. der Phasenlage ausgewertet.
Im Gegensatz zu klassischen Messwerkzeugen wie Linealen, Messschiebern oder Maßbändern erfolgt die Abstandsmessung völlig berührungslos – ein entscheidender Vorteil, insbesondere bei empfindlichen, bewegten oder schwer zugänglichen Objekten.
Die 4 wichtigsten Arten von Abstandssensoren
Je nachdem, welche Messtechnologie bei einem Abstandssensor zum Einsatz kommt, wird zwischen vier wichtigen Arten von Abstandssensoren unterschieden:
- Ultraschall-Abstandssensoren
- Infrarot-Abstandssensoren
- Laser-Abstandssensoren
- Näherungssensoren
1. Ultraschall-Abstandssensoren
Ultraschall-Abstandsmesssensoren senden eine hochfrequente Schallwelle aus. Der Abstand wird berechnet, indem die Zeit, die die Schallwelle für den Hin- und Rückweg benötigt, mit der Schallgeschwindigkeit unter den gegebenen Umgebungsbedingungen verrechnet wird.
Wofür werden Ultraschall-Abstandssensoren eingesetzt?
Daher eignen sich Ultraschall-Abstandssensoren gut für Anwendungen mit geringem Energieverbrauch oder bei schwacher Beleuchtung. Ultraschall-Abstandssensoren sind ideal für intelligente Autos, unbemannte Luftfahrzeuge, Drohnen und Robotik, bei denen keine hohe Präzision erforderlich ist.
Ultraschall-Abstandssensoren haben jedoch eine begrenzte Erfassungsreichweite und eine langsame Aktualisierungsrate, was sie für sich schnell bewegende Objekte ungeeignet macht.
2. Infrarot-Abstandssensoren (IR)
Infrarot-Abstandssensoren bestimmen den Abstand mithilfe von Triangulation auf Basis des reflektierten IR-Lichts. Eine IR-LED sendet einen Strahl aus, der von einem Ziel reflektiert wird und von einem Empfänger oder einem anderen lichtempfindlichen Element erfasst wird. IR-Abstandssensoren sind in der Regel klein und können sowohl tagsüber als auch nachts funktionieren.
Wofür werden Infrarot-Abstandssensoren eingesetzt?
Infrarotsensoren werden in Fernsehern, Computern, Sicherheitssystemen sowie in Überwachungs- und Steuerungsanwendungen eingesetzt. Sie sind auch in der Lage, komplexe Geometrien zu messen. Allerdings haben IR-Abstandssensoren eine begrenzte Reichweite und sind leicht durch Umgebungsbedingungen beeinflussbar.
3. Laser-Abstandssensoren
Laser-Abstandssensoren können auf verschiedene Arten funktionieren. Gängige Methoden sind die
- Laufzeitmessung (bei der der Sensor den Abstand aus der Zeit ableitet, die das Licht für die Reflexion benötigt) und die
- Triangulation (bei der Abstandsmessungen durch Analyse des Winkels des reflektierten Laserstrahls erfolgen).
Laser-Abstandssensoren liefern präzise und stabile Ergebnisse in verschiedenen Anwendungen und Betriebsumgebungen. Sie haben typischerweise eine deutlich größere Messreichweite als andere Arten von Abstandssensoren. Allerdings können sie ein Risiko für die Augensicherheit des Bedienpersonals darstellen und haben in der Regel eine große Bauform.
Wofür werden Laser-Abstandssensoren eingesetzt?
Laser-Abstandssensoren sind nützlich in Anwendungen, die ein extrem hohes Maß an Präzision erfordern, wie zum Beispiel in der Fertigungs- und Bauindustrie.
4. Näherungssensoren
Näherungssensoren werden häufig mit Abstandssensoren in Verbindung gebracht, da sie scheinbar ähnliche Funktionen erfüllen. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Näherungssensoren tatsächlich keine Entfernungen messen. Stattdessen erkennen sie lediglich, ob sich ein Objekt innerhalb ihres Erfassungsbereichs befindet – nicht den genauen Abstand zwischen Objekten oder zwischen einem Objekt und dem Sensor.
Wofür werden Näherungssensoren eingesetzt?
Näherungssensoren werden zum Beispiel in der Automobilindustrie, Robotik, Haushalts- und Unterhaltungselektronik eingesetzt, um die Annäherung einer Person bzw. eines Objektes zu erkennen.
Wie wählt man die richtige Art von Abstandssensor?
Auf der Suche nach dem richtigen Abstandssensor für Ihren Anwendungsfall sollten Sie die folgenden Faktoren berücksichtigen:
- Auflösung: Die Auflösung bezieht sich auf die kleinste Abstandsänderung, die ein Sensor erkennen kann. Zum Beispiel haben Infrarotsensoren typischerweise eine Auflösung von etwa 5 mm (obwohl es auf dem Markt präzisere IR-Sensoren gibt). Lasersensoren erreichen eine Auflösung von etwa einem Millimeter bis zu wenigen Mikrometern.
- Abtastrate/Aktualisierungsrate: Diese Kennzahl wird üblicherweise in Hz/s angegeben und ist insbesondere bei der Messung des Abstands zwischen sich bewegenden Objekten relevant. Je mehr Messwerte der Sensor pro Sekunde erfasst, desto präziser erfolgt die Abstandsmessung beim Annähern an oder Entfernen von einem beobachteten Objekt.
- Reichweite: Im Zusammenhang mit Abstandssensoren bezieht sich die Reichweite auf die maximale Entfernung, bei der verschiedene Arten von Abstandsmesssensoren genaue und zuverlässige Messwerte liefern können. Zum Beispiel haben LiDAR-Scanner Erfassungsdistanzen von bis zu 2.000 m mit einer Genauigkeit von ±2 cm.
- Zieloberfläche: Reflektierende, transparente und absorbierende Oberflächen können die Leistung eines Sensors erheblich beeinflussen. Achten Sie darauf, einen Sensor auszuwählen, der für das Material, von dem Sie den Abstand messen möchten, geeignet ist.
Abstandssensoren von KEYENCE
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