Micro-Epsilon optoNCDT 1320/1420: Vom Punkt zur Linie

Die Laser-Punkt-Sensoren optoNCDT 1320/1420 messen kleinste Details, beispielsweise bei der Prüfung der Koplanarität von IC-Beinchen in Bestü-ckungsautomaten.

Optimierte Abläufe verbessern die Qualität der Produkte, sparen Rohstoffe und Energie und senken damit die Herstellkosten. Mit einem breiten Programm an präzisen und schnellen optischen Weg- und Abstandssensoren bietet Micro-Epsilon schon seit Jahren berührungslosen Messtechnik an. Mit dem Triangulationsprinzip werden Abstände gegen ein breites Spektrum von Materialoberflächen gemessen. Dabei kommen verschiedene Messverfahren zum Einsatz: Die Messung von Weg, Abstand und Position per Laser-Punkt und die Profil- und Spaltmessung per Laser-Linie. Mögen die Verfahren auch unterschiedlich sein: Präzision, Schnelligkeit und Zuverlässigkeit vereinen sie.

Der scanCONTROL 29xx-10/BL steht für präzise Messungen per Laserlinien-Triangulation auf winzigen Objekten - hier z. B. bei einer Rasierklinge.

Laser-Punkt-Sensoren

Das Messprinzip der Laser-Triangulation 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 zwischen Laserdiode, Messpunkt auf dem Objekt und Abbild auf der CCD-Zeile bestimmt werden. Die Messauflösung reicht bis in den Bruchteil eines Mikrometers. Neben analogen stehen digitale Schnittstellen zur direkten Anbindung in bestehende Umgebung zur Verfügung. Die Sensoren mit digitalen Schnittstellen sind über einen externen PC konfigurierbar.

Laseroptische Wegsensoren messen aus großem Abstand zum Messobjekt mit einem sehr kleinen Lichtfleck, der Messungen von kleinsten Teilen ermöglicht. Der große Messabstand wiederum ermöglicht Messungen gegen kritische Oberflächen, wie z. B. heiße Metalle. Das berührungslose Prinzip erlaubt verschleißfreie Messungen, da die Sensoren keinem physischen Kontakt zum Messobjekt unterliegen. Darüber hinaus ist das Prinzip der Laser-Triangulation ideal für sehr schnelle Messungen mit hoher Genauigkeit und Auflösung.

Ein Beispiel, bei dem schnelle und höchste Präzision auf kleinstem Raum gefordert ist, sind Bestückungsautomaten. Hier können die Laser-Punkt-Sensoren ihre Vorteile ausspielen, wenn es um die Qualitätskontrolle der winzigen Bauteile geht. Die Anforderungen an die Messtechnik sind enorm: Nicht nur weil die Teile winzig klein sind, sondern vor allem auch wegen des schnellen Wechsels von glänzender zu matter Oberfläche. Die Beinchen (auch als Pins bezeichnet) bestehen aus glänzendem Metall, während die Leiterplatte eine matte Oberfläche aufweist. Somit ist das Empfangselement im Sensor in kürzesten Abständen erst einer starken, dann wieder einer schwachen Reflexion ausgesetzt. Eine Aufgabe, die Laser-Sensoren optoNCDT 1420 bestens lösen können. Die Auto-Target-Compensation (ATC) sorgt für eine schnelle Ausregelung von unterschiedlichen Reflexionen und erlaubt einen glatten Verlauf des Abstandssignals.

Micro-Epsilon setzt mit den Laser-Sensoren optoNCDT 1320/1420 neue Maßstäbe in der Lasertriangulation, sowohl in der Funktionalität als auch im Design, welches sogar mit dem Red Dot Award Industrial Design 2016 aus-gezeichnet wurde. Das perfekte und einzigartige Zusammenspiel verschiedener Eigenschaften zeichnet diese Laser-Sensoren aus. Der extrem kleine Lichtfleck, der durch eine Optik auf einen äußerst geringen Durchmesser fokussiert wird, ermöglicht die Messung feinster Details. Die kompakte Sensorbauweise ohne externen Controller erlaubt die Montage in begrenztem Bauraum und auch die integrierte Auswerteelektronik spart Platz und vereinfacht die Verkabelung. Dazu kommen das hervorragende Preis-Leistungsverhältnis und das innovative Webinterface, welches einfache Bedienung mittels vordefinierter Setups für verschiedene Oberflächen (z.B. Leiterplatten) ermöglicht. Neben der Elektronikproduktion werden die Laser-Sensoren u. a. in der Verpackungsindustrie, Holzindustrie, Logistik, Medizintechnik, Lasergravieranlagen und der Qualitätssicherung verwendet.

Beim C-Rahmen werden die Sensoren an Ober- und Unterschenkel zur differentiellen Dickenmessung fest montiert. Der Rahmen wird als Einheit bewegt, um die Messposition zu erreichen.

Laserlinien-Triangulation

In der industriellen Fertigung wird auch die mehrdimensionale Qualitätskontrolle nachgefragt. Für Anwendungen zur Profil- und Konturmessung kommen vermehrt Laser-Profil-Scanner zum Einsatz. Ihre Arbeitsweise basiert auf dem Triangulationsprinzip zur zweidimensionalen Profilerfassung. Sie erfassen, messen und bewerten Profile auf unterschiedlichsten Objektoberflächen. Auf dem Messobjekt wird, durch Aufweitung über eine Spezialoptik, statt eines Punktes eine statische Laserlinie abgebildet. Das Licht der Laserlinie, das nun diffus reflektiert wird, wird durch eine Empfangsoptik erfasst, die es auf einer hochempfindlichen Sensormatrix abbildet. Der Controller berechnet aus diesem Matrixbild neben den Abstandsinformationen (z-Achse) auch die Position entlang der Laserlinie (x-Achse). Diese Messwerte werden dann in einem sensorfesten, zweidimensionalen Koordinatensystem ausgegeben. Bei bewegten Objekten oder bei Traversierung des Sensors können somit auch 3D-Messwerte ermittelt werden. Laser-Scanner besitzen eine integrierte, hoch empfindliche Empfangsmatrix. Sie ermöglicht Messungen auf fast allen industriellen Materialien weitestgehend unabhängig von der Oberflächenreflexion.

Eine typische Anwendung ist die Prüfung von Kleberaupen in Smartphone-Gehäusen. Die Herausforderung sind die besonders feinen Konturen im Inneren des Smartphones und nur sehr dünne, teilweise semitransparente Kleberaupen. Hier ist absolute Zuverlässigkeit und eine 100%-Kontrolle, u. a. auf Vollständigkeit der Raupe oder auf Höhe und Breite des Klebeauftrags, gefragt.

Bei diesen optischen Standardsensoren wurde zunächst stets ein roter Laser eingesetzt. Micro-Epsilon revolutionierte die Technologie und präsentierte vor einigen Jahren eine Weltneuheit: die Blue-Laser-Technologie, die zunächst in Laser-Punkt-Sensoren zum Einsatz kam. Das blaue Licht dringt im Gegensatz zum roten nicht in das Messobjekt ein und bildet eine scharfe Linie ab. So können glühende und organische Objekte zuverlässig und hochpräzise vermessen werden.

Einen neuen Maßstab in der Profilauflösung setzt der scanCONTROL 29xx-10/BL. Das neue Modell ist mit der innovativen Micro-Epsilon Blue Laser Technologie ausgestattet und verfügt über einen effektiven Messbereich von nur 10 mm bei einer Profilauflösung von 1280 Punkten. Daraus ergibt sich ein Punktabstand von nur 7,8 µm, wodurch dieser Laser-Profil-Scanner mehr als doppelt so hoch auflöst, wie die bisherigen Laserscanner mit 25 mm Messbereich. Durch diese besonderen Eigenschaften ist dieser Laserscanner in der Lage, kleinste Teile mit höchster Präzision zu erfassen. So ist eine zuverlässige Qualitätskontrolle erforderlich, die die einzelnen Produktions-schritte überwacht. Das Zusammenspiel aus kompaktem Scanner, integriertem Controller und verschiedenen Schnittstellen prädestiniert diesen Laser-Profil-Scanner für Inline-Applikationen und die dynamische Fertigungsüberwachung.

Mess- und Prüfsysteme mit Lasertriangulation

Triangulationssensoren werden auch in Messsystemen z. B. für die Dickenmessung von Metallen eingesetzt. Beim Prinzip der dimensionellen geometrischen Dickenmessung wird auf jeder Seite des Materials ein optischer Abstandssensor angeordnet. Bei der Verwendung von Laserpunktsensoren wird zur Dickenbestimmung jeweils ein Punkt herangezogen, während bei der Dickenmessung mit Laser-Profilsensoren die komplette Laserlinie verarbeitet wird. Zur Dickenmessung während der Produktion wird die Differenz aus der Summe der Abstandssignale und dem Wert des Arbeitsbereichs gebildet. Für eine präzise Dickenmessung müssen die beiden Laserlinien deckungsgleich auf die Ober- und Unterseite des Materials projiziert werden.

Die richtige Wahl

Die berührungslose Messtechnik überzeugt durch hohe Präzision und Messgeschwindigkeit, 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. Erfordern anspruchsvolle Anwendungen z. B. höhere Auflösung, Robustheit, Temperaturstabilität, Linearität oder besondere Montage- und Einbaubedingungen, so sind bei Micro-Epsilon auch spezielle Kundenanpassungen und Lösungen möglich.