STEINEL Solutions ist ein Alpine Innovation Hub und Teil einer internationalen Unternehmensgruppe mit Entwicklung und Fertigung in der Schweiz. Ein Meilenstein für die Zukunft von STEINEL Solutions ist auch der Neubau in Einsiedeln.

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ToF: Mehr als nur reine Distanzmessungen

Projekte im Bereich Industrie 4.0 und Smart Devices stellen vielseitige Anforderungen an moderne Sensortechnik: Genaue Distanzmessung, kompakte Bauform, geringer Stromverbrauch und digitale Auswertung – Time-of-Flight-Sensoren (ToF) erfüllen diese Anforderungen ideal.

Ob in der Gastronomie, im Konsumgüterbereich oder in der Gebäudeautomatisierung - ToF-Sensoren ermöglichen neue Anwendungen und vereinfachen bestehende Konzepte.

Prinzip des Time of Flight bildlich dargestellt.

Time-of-Flight – das Prinzip

Ein ToF-Sensor misst Distanzen über die Zeit, die ein Lichtsignal vom Sensor zum Objekt und zurück benötigt. Diese Methode ermöglicht berührungslose, schnelle und zuverlässige Messungen im Millimeterbereich. Im Unterschied zu klassischen Infrarot- oder Ultraschallsensoren liefern ToF-Sensoren in vielen Anwendungsfällen präzisere und stabilere Ergebnisse – auch bei Flächen mit einem schlechten Reflexionsgrad. Durch den Einsatz von Filtermechanismen und Kalibrierstrategien sind moderne ToF-Sensoren in der Lage, Störungen durch starke Fremdlichtquellen (z. B. direkte Sonneneinstrahlung) sowie stark reflektierende oder absorbierende Oberflächen zu minimieren und dennoch präzise Abstandsmessungen durchzuführen.

Typische Einsatzszenarien

• Industrie: Füllstandserfassung, Objektdetektion auf Förderbändern

• Smart Home: Anwesenheitserkennung, automatische Lichtsteuerung

• Konsumgüter: Abstandssensor in Staubsaugern, Smartphones oder Haushaltsgeräten

Erweiterte Einsatzszenarien

Doch auch kreative Anwendungen lassen sich mit ToF-Sensoren einfach realisieren:

Cup & Fill Detection:

ToF-Sensoren mit Mehrzonen-Messung ermöglichen die gleichzeitige Erkennung von Gefässen (z. B. Tassen, Bechern oder Gläsern) sowie deren Füllhöhe. So lassen sich Position, Volumen und Anwesenheit präzise bestimmen – etwa für Füllautomaten oder smarte Getränkeausgaben.

Personenerkennung:

Personen können über grössere Distanzen hinweg erkannt und verfolgt werden – auch mehrere Personen gleichzeitig.

Intelligente Türöffnung:

Der Sensor unterscheidet, ob eine Person an der Tür vorbeigeht oder tatsächlich eintreten möchte – unnötige Türöffnungen werden so vermieden.

Smarte Sanitär-Lösungen:

Mit einem ToF-Sensor lassen sich intelligente Steuerungen realisieren – etwa zur Erkennung von Personen, automatischen Spülung oder individuellen Begrüssungseffekten.

Hardwareintegration und Softwaresteuerung

Moderne ToF-Sensoren lassen sich meist über I²C oder UART anbinden. Die Softwareintegration erfolgt je nach Plattform über API-Funktionen oder AT-Kommandos. Sensorwerte können periodisch oder ereignisbasiert (z. B. bei Schwellwertüberschreitung) übertragen werden.

Viele Sensoren verfügen zusätzlich über einen Interrupt-Ausgang – ideal für Low-Power-Designs, bei denen das Hauptsystem nur bei Bedarf geweckt werden soll.

Smarte Funktionen und Erweiterbarkeit

Neben der reinen Abstandsmessung bieten moderne ToF-Module vielfältige Zusatzfunktionen:

• ROI (Region of Interest) für gezielte Bereichsmessungen

• Autonomer Schwellenwertvergleich mit Alarmfunktion

• Mehrzonen-Messung für einfache 1D-Tiefenbilder

• Ambient Light Cancellation für zuverlässige Funktion auch bei Fremdlicht

ToF im Vergleich zu Alternativen

Andere Sensortechnologien wie Ultraschall oder einfache IR-Sensoren stossen in Bezug auf Auflösung, Geschwindigkeit und Störanfälligkeit häufig an Grenzen. ToF-Sensoren bieten hier eine ausgewogene Kombination aus Präzision, Reaktionsgeschwindigkeit und Energieeffizienz – und das bei minimalem Platzbedarf.

«Meiner Ansicht nach wird der ToF-Sensor aufgrund seiner vielseitigen Einsatzmöglichkeiten und in Verbindung mit kreativen Ideen auch in Zukunft neue Chancen eröffnen und in vielen Branchen Anwendung finden.»

Tim Müller, Elektronik- und Firmwareentwickler bei STEINEL Solutions AG