Die Blue Laser-Technologie wird auch bei Laser-Profil-Scannern angewendet. Bild: Micro Epsilon

Die Blue Laser-Technologie wird auch bei Laser-Profil-Scannern angewendet. Bild: Micro Epsilon

Mit einem breiten Programm an präzisen und schnellen optischen Weg- und Abstandssensoren nimmt Micro-Epsilon schon seit Jahren eine führende Marktposition in der berührungslosen Messtechnik ein. Mit dem Triangulationsprinzip werden Abstände gegen ein breites Spektrum von Oberflächen gemessen. Abhängig davon, ob ein Laserpunkt oder eine Linie auf das Objekt projiziert wird, erhält man ein ein- oder mehrdimensionales Ausgangssignal.

Die verschiedenen optischen Messverfahren spielen eine entscheidende Rolle für die zunehmende Automatisierung von sowohl Fertigungs-, als auch Prüfprozessen. Sie vermessen die produzierten Bauteile und nehmen hierbei die Messpunkte schnell, genau und sicher auf. Die Messdaten stehen in der Regel in Echtzeit zur Verfügung und können somit zur automatischen Korrektur und Regelung direkt im Fertigungsprozess verwendet werden. Diese Optimierungen verbessern die Qualität, sparen Rohstoffe, Energie und senken damit die Herstellkosten.

Laser-Triangulationssensoren

Laser-Triangulationssensoren mit der blauen Laserdiode vermessen sicher und präzise auch auf glühende Metalle und glühendes Silizium. Bild: Micro Epsilon

Laser-Punkt-Triangulationssensoren

Die Laser-Triangulation zählt zu den optischen Standardmessverfahren. Sie basiert auf einer einfachen geometrischen Beziehung: Eine Laserdiode emittiert einen Laserstrahl, der auf das Messobjekt gerichtet ist. Die reflektierte Strahlung wird über eine Optik auf einer CCD-/CMOS-Zeile abgebildet. Der Abstand zum Messobjekt kann über eine Dreiecksbeziehung von der Laserdiode, dem Messpunkt auf dem Objekt und dem Abbild auf der CCD-Zeile bestimmt werden. Die Messauflösung reicht bis in den Bruchteil eines Mikrometers. Die Intensität der reflektierten Strahlung hängt von der Objektoberfläche ab. Mit der Real Time Surface Compensation-Funktion von Micro-Epsilon können die Intensitätsänderungen in Echtzeit geregelt werden. Das optische Prinzip erlaubt je nach Bauart Messabstände von einigen Millimetern bis über einen Meter. Je nach Anforderungen werden kleine und hochpräzise Messbereiche oder große und genaue Messbereiche realisiert. Der Messpunktdurchmesser bleibt dabei klein. Micro-Epsilon bietet über 60 verschiedene Laser-Triangulationssensoren an.

Fertigungstalente
Bis zu 2.560.000 Punkte
pro Sekunde nehmen Laser-Profil-Scanner auf und sind somit gut für die Fertigungslinie geeignet.

Auswahl
Mit über 60 Modellen bietet Micro-Epsilon eine überdurchschnittlich große Auswahl an Laserpunktsensoren für diverse Anwendungen.

Neben analogen stehen digitale Schnittstellen zur direkten Anbindung in bestehende Umgebungen zur Verfügung. Die Sensoren mit digitalen Schnittstellen sind über einen externen PC konfigurierbar. Kompakte Sensormodelle mit integrierten Controllern lassen sich selbst in enge Bauräume problemlos integrieren. Sie finden in der Industrie zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten: in der Produktionslinie, in Mess-, Prüf- und Inspektionssystemen, in der Maschinenüberwachung oder in der Forschung und Entwicklung.

Abstandsmessung

Für die Abstandsmessung auf metallisch glänzender, rauer und strukturierter Oberfläche wurde der Messpunkt zu einer kurzen Laserlinie ausgedehnt, um Interferenzen im Messprozess zu vermeiden. Bild: Micro Epsilon

Mit der Blue-Laser-Technik messen die Laser-Triangulationssensoren präzise und zuverlässig auf glühende Metalle und glühendes Silizium. Der blau-violette Laser bringt hier entscheidende Vorteile. Auch bei Messungen auf organische Stoffe wie Funiere, Holz oder Haut trägt der blaue Laser zu hoher Präzision bei. Durch den kurzwelligen blau-violetten Laser dringt das Licht nicht in das Messobjekt ein und weist eine deutlich bessere Stabilität auf. Für präzise Weg- und Abstandsmessungen auf glänzende sowie poröse und raue Oberflächen eignen sich Laser-Triangulatoren mit einer kleinen Laserlinie. Raue Oberflächen verursachen Interferenzen im Laserpunkt und erschweren die Abstandsmessung auf Metall. Laser-Sensoren mit einer Laserlinie umgehen diesen Effekt. Durch eine Spezialoptik wird der Laserpunkt zu einer kurzen Linie ausgeweitet. Über die Länge der Linie berechnet ein spezieller Algorithmus den Durchschnittswert. Die auftretenden Interferenzen werden so wirksam ausgefiltert und der Abstand zum Metall kann exakt ermittelt werden.

ke NEXT hakt nach

Wie schätzen Sie die zukünftige Entwicklung der lasertriangulationsbasierten Messtechnik ein?
Erich Winkler, Produktmanager Lasertriangulationssensoren:
„In vielen Prozessen müssen geometrische Größen kontinuierlich und hochgenau überwacht werden. Dazu eignen sich Micro-Epsilon Lasertriangulationssensoren aufgrund des präzisen optischen Messverfahrens und der einfachen Integration über verschiedene Bussysteme besonders gut. Durch echtzeitfähige Schnittstellen wie zum Beispiel EtherCAT wird sich die Lasertriangulation in der Automatisierungstechnik weiter durchsetzen.“

Dipl.-Ing. Christian Kämmerer, MBA, Produktmanager Laser-Profilscanner:
„Die präzise Messung in automatisierten Abläufen wird immer mehr gefordert. Hier setzen sich die optischen Messverfahren immer mehr durch. Sie können mehrdimensional vermessen, sind in der Messpunktaufnahme um ein Vielfaches schneller und die Messdaten stehen in der Regel in Echtzeit in sehr hoher Genauigkeit zur Verfügung. Dies ermöglicht eine automatische Korrektur und Regelung in laufenden Prozessen mit dem Ziel nur noch Gutteile zu produzieren.“

Laser-Profilscanner

Im laufenden Fertigungsprozess werden nicht nur eindimensionale Größen, wie Materialdicke, Vibrationen und Abstand, ermittelt, sondern auch eine mehrdimensionale Qualitätskontrolle, wie die Profil- und Konturmessung, durchgeführt. Hier punktet die berührungslose optische Messtechnik mit Genauigkeit, Messgeschwindigkeit und Flexibilität hinsichtlich der Messobjektoberfläche. Die Laser-Profil-Scanner führen komplexe 2D/3D-Messaufgaben durch. Hier greift das Prinzip der Laser-Linien-Triangulation, das sogenannte Lichtschnittverfahren. Der punktförmige Laserstrahl wird durch spezielle Linsen zu einer Linie ausgedehnt. Zusammen mit der Information über die Distanz (z-Achse), berechnet der integrierte Controller die Position der Messpunkte entlang der Laserlinie (x-Achse) und gibt beide Werte als 2D-Koordinate aus. Bei einem bewegten Messobjekt oder einem bewegten Sensor entsteht ein 3D-Abbild des Objektes. Es können bis zu 2,56 Millionen Punkte pro Sekunde erfasst werden. Dank dem integrierten Controller sind die Laser-Scanner kompakt ausgeführt. Laser-Scanner besitzen eine integrierte, hoch empfindliche Empfangsmatrix. Sie ermöglicht Messungen auf fast allen industriellen Materialien weitestgehend unabhängig von der Oberflächenreflexion. Die extrem leistungsfähige integrierte Kontrolleinheit und Ethernet-Schnittstelle machen den Laser-Profil-Scanner für eine Inline-Steuerung robotertauglich und somit gut geeignet für die dynamischen Fertigungstechnologien. Der Laser-Linien-Scanner wird eingesetzt zur Profil- und Konturmessung im laufenden Fertigungsprozess von endlos produzierten Erzeugnissen, zum Beispiel bei der Extrusion, beim Walzen oder beim Ziehen, oder von einzelnen Teilen, das heißt beim Stückgut.

Laser-Punkttriangulationssensoren

Laser-Punkttriangulationssensoren gehören zu den Klassikern in der berührungslosen Weg- und Abstandsmessung. Bild: Micro Epsilon

Die Blue Laser-Technologie wird auch bei Laser-Profil-Scannern angewendet. Die Technologie verwendet Laserdioden mit einer kurzen Wellenlänge von 405 Nanometer. Die besonderen Eigenschaften dieses Wellenlängenbereiches ermöglichen den Einsatz der Laser-Scanner unter bisher unmöglichen Bedingungen. Es werden Messungen an Oberflächen möglich, deren Reflektionseigenschaften oder Transparenz viele optische Messungen ausschließen würden. Anwendungen und Materialien, für die die blauen Laserprofilscanner besonders geeignet sind, sind rot glühende Metalle, halb-transparente und organische Materialien. Für die berührungslose Spaltenmessung wurde ein spezieller Laserscanner entwickelt. Er basiert ebenfalls auf der Technologie der Laserlichtschnittsensoren, greift aber auf ein völlig neues Auswerteverfahren zurück. Der Laser-Linien-Triangulator zur Spaltenmessung unterstützt den Anwender bei Schweißvorgängen, Messen von Bündigkeit, Überlappung, Annäherung, Höhenversatz und dergleichen. Die Daten werden anschließend für die Robotersteuerung oder Qualitätssicherung verwendet. Die gesamte Elektronik ist im Sensor integriert, wodurch er schnell und einfach montiert werden kann.

Die berührungslose Messtechnik überzeugt durch hohe Präzision und Messgeschwindigkeit, durch kompakte Größe und schnelle Datenverarbeitung. Dem Anwender stehen verschiedene Messsysteme zur Verfügung. Jedes Messprinzip hat seine eigenen Besonderheiten, Vorteile und Einschränkungen, die berücksichtigt werden müssen. Einfache Sensoren für Standardanwendungen können nach Katalog oder im Internet ausgewählt und bestellt werden.

Real-Time-Surface-Compensation
Laser-Sensoren von Micro-Epsilon erfassen neben matten Oberflächen auch metallische und glänzende Objekte. Die Real-Time-Surface-Compensation passt bei schnell wechselnden Oberflächen die Laserleistung für jeden Messwert in Echtzeit an und sichert so stabile Messergebnisse ohne sprunghafte Änderungen selbst bei einem Oberflächenwechsel.

Anspruchsvolle Anwendungen mit höherer Auflösung, Robustheit, Temperaturstabilität, Linearität oder besonderen Montage- und Einbaubedingungen erfordern dagegen oft Speziallösungen und Kundenanpassungen. Eine optimale Lösung setzt eine qualifizierte messprinzipunabhängige technische Beratung voraus. bf

Von Dipl.-Phys. Johann Salzberger
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Dipl.-Phys. Johann Salzberger
Geschäftsführer Marketing und Vertrieb , Micro Epsilon