Weg- und Abstandssensoren Konfokal-chromatische Sensoren von Micro-Epsilon - wirautomatisierer

Weg- und Abstandssensoren

Konfokal-chromatische Sensoren von Micro-Epsilon

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Konfokal-chromatische Messsysteme ermöglichen die hochpräzise Weg- und Abstandsbestimmung und können auch zur Intensitätsauswertung eingesetzt werden. So lässt sich etwa die Oberflächenbeschaffenheit kleinster Präzisionsteile oberflächenunabhängig und inline erfassen – prädestiniert für die Anforderungen der Industrie 4.0.

Alexander Streicher, Produktmanager Sensorik, Micro-Epsilon Messtechnik, Ortenburg

In Zeiten von Industrie 4.0 müssen Sensoren Messwerte schnell erfassen und zugleich hochpräzise Ergebnisse liefern, um eine zuverlässige Qualitätssicherung zu garantieren. Die optische Messtechnik gewinnt deshalb in Fertigungs- und Prüfprozessen an Bedeutung, da sie berührungslos und unabhängig von Material- und Oberflächenbeschaffenheit arbeitet. In Produktionsprozessen stellt das einen wichtigen Vorteil dar, da sich taktile Messtechnik dort kaum sinnvoll einsetzen lässt und an schwer zugänglichen Messpunkten an ihre Grenzen stößt. Konfokal-chromatische Sensoren bieten demgegenüber eine innovative Technologie, Geschwindigkeit und hohe Präzision. Mit dem konfokal-chromatischen Messverfahren sind Dickenmessungen transparenter Materialien, Abstandsmessungen, Intensitätsauswertungen und Messungen in Vertiefungen und Bohrungen möglich. Die Messungen erfolgen berührungslos, verschleißfrei und oberflächenunabhängig. Durch den kleinen Messfleck können auch Konturen winziger Objekte erfasst werden. Das Messverfahren eignet sich daher besonders für die Inline-Qualitätskontrolle. Micro-Epsilon bietet dazu ein großes Programm an Sensoren und Controllern. Verschiedene Schnittstellen eröffnen vielfältige Anwendungen, etwa in der Halbleiterindustrie, Glasindustrie, Medizintechnik, Kunststoffproduktion oder im Bereich Consumer-Electronics.

Das ‚spektra-kuläre‘ Messprinzip

Die konfokal-chromatische Messtechnik arbeitet mit polychromatischem Licht, das durch eine mehrlinsige Optik in die einzelnen Spektralfarben aufgeteilt und in unterschiedlichen Abständen zum Sensor fokussiert wird. Kurzwelliges, blaues Licht (400 nm) wird stärker gebrochen als langwelliges, rotes Licht (700 nm). Der Messbereichsanfang liegt bei blauem Licht, das Messbereichsende bei rotem Licht. Durch die kontrollierte chromatische Abweichung liegt jede Wellenlänge in einer anderen Fokusebene. Mittels werksseitiger Kalibrierung wird jeder Wellenlänge ein Abstandspunkt zum Messobjekt zugeordnet. Die Lichtwelle, die sich auf dem Messobjekt fokussiert, wird im Sensorsystem zur Messung herangezogen. Die Lichtreflexion wird über eine optische Anordnung auf ein lichtempfindliches Sensorelement abgebildet, auf der die zugehörige Spektralfarbe erkannt und ausgewertet wird. Bei jeder Änderung des Brechungsindexes verschiedener Materialien wird ein Teil des Lichts zurück reflektiert. So lassen sich auch einseitige Dickenmessungen von transparenten Materialien durchführen. Für Multipeak-Messungen werden mehrere Abstandspunkte ausgewertet.

Vorteile konfokal-chromatischer Messsysteme

Die Sensortechnologie von Micro-Epsilon erlaubt die exakte Vermessung von Objekten mit unterschiedlichen Oberflächen. Dabei beeinflussen die Oberflächenbeschaffenheit oder das Material des Messobjekts die Messgenauigkeit kaum. Präzise Messungen sind auf spiegelnden Oberflächen wie hochglanzpolierten Metallen oder Flüssigkeiten, auf matten Oberflächen wie Kunststoff oder schwarzem Gummi und auf transparenten Materialien wie Glas oder Kunststoffplatten, möglich. Der Messfleck, der je nach System nur wenige μm umfasst, ermöglicht Messungen auf winzigen Objekten – beispielsweise IC-Pins auf Leiterplatten, Bonddrähten oder kleine Konturen mechanischer Teile. Dabei ist das Messsystem für dynamische Messaufgaben geeignet. Für Messungen schnellster Prozesse wurde das confocalDT 2471 HS konzipiert, das mit bis zu 70 kHz das weltweit schnellste konfokale Messsystem ist. Es eignet sich somit für Inline-Messungen mit hoher Dynamik, wie sie in der Glasindustrie erfolgen. Die Daten werden in Echtzeit ausgewertet und lassen somit in der Produktion ein schnelles Eingreifen über Ethercat zu. Die Belichtungszeitregelung realisiert schnelle Messungen über unterschiedliche Oberflächen hinweg, da das System die Belichtungszeit der Zeile automatisch regelt und prompt an die unterschiedlich reflektierenden Oberflächen anpasst. Damit lässt sich sowohl auf diffusen als auch auf direkt-reflektierenden Oberflächen messen, ohne die Einbausituation zu verändern. Selbst bei einer Verkippung der Messobjekte ist weiterhin eine Messung möglich. Die passiven Sensoren sind flexibel im Einsatz, übertragen keine Wärme auf das Messobjekt und sind in einer Vakuumausführung verfügbar. Durch den axialen Strahlengang treten kaum Abschattungseffekte auf, wodurch Messungen in Hülsen und Vertiefungen realisiert werden können.

Für die Messung von Durchmessern sowie der Maßhaltigkeit von Bohrungen stehen spezielle Sensoren mit einem 90-Grad-Strahlengang zur Verfügung. Zur Inspektion von kleinen Bohrungen wurde boreControl konzipiert. Die Konfiguration der Controller und Sensoren wird ohne zusätzliche Software über ein Webinterface durchgeführt. Dieses lässt sich über eine Ethernet-Verbindung aufrufen, worüber alle Einstellungen vorgenommen werden. Für die Dickenmessung und Mehrschichtmessung ist eine Materialdatenbank hinterlegt, die sich beliebig erweitern lässt. Als Schnittstellen stehen Ethercat, Ethernet, RS422 und Analog-Out zur Verfügung.

Konfokal-chromatische Messsysteme werden zur Weg- und Abstandsbestimmung sowie zur Intensitätsauswertung eingesetzt. Die Oberflächenbeschaffenheit kleinster Präzisionsteile kann durch diese Methode bis in den Mikrometerbereich bestimmt werden. Kratzer oder ähnliches werden zuverlässig detektiert. Durch die Abstandsbestimmung lassen sich zudem Oberflächentopographien von Objekten erstellen. Die Anwendung beider Methoden, ist eine Besonderheit der Micro-Epsilon Messtechnik GmbH. So lassen sich etwa Zylinderlaufbuchsen auf Durchmesser, Rundheit, Oberflächenstruktur und Rauigkeit prüfen. jke

www.micro-epsilon.de

Details zu konfokal-chromatischen Sensoren von Micro-Epsilon

http://hier.pro/nKnS3

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