Fachartikel

Lasersensoren

Schnell und genau

Schnell und genau

Anwender erhalten bei Micro-Epsilon smarte Lasersensoren für eine präzise Automatisierung, denn solche optische Messverfahren spielen dort eine wichtige Rolle. Sie vereinen Präzision und Integrierbarkeit in einem äußerst kompakten Formfaktor.

Messende Sensoren, die in der Fabrik- und Anlagenautomatisierung eingesetzt werden, müssen zahlreiche Anforderungen erfüllen. Neben der Genauigkeit setzen Anwender hohe Mess- und Verarbeitungsgeschwindigkeiten sowie möglichst reproduzierbare Messergebnisse voraus. Zunehmend fragen sie auch moderne Schnittstellen nach, die eine einfache Anbindung in bestehende Steuerungsumgebungen erlauben. Lasersensoren von Micro-Epsilon ermöglichen dazu hochgenaue Weg-, Abstands- und Positionsmessungen in einer Vielzahl von Messaufgaben und bieten gleichzeitig eine hohe Wirtschaftlichkeit.

Präzision und Flexibilität 

Mit der Einführung des neuen Laser-Triangulationssensors  OptoNCDT 1900 mit EtherCAT bietet das Unternehmen eine leistungsstarke Lösung für den Einsatz in der Fabrik- und Anlagenautomatisierung. Durch die integrierten Feldbus-Schnittstellen wird die Einbindung der Sensoren in Industrial-Ethernet-Steuerungen vereinfacht. 

Mit den integrierten, modernen Schnittstellen bieten die Sensoren vor allem bei schnellen Prozessen und bei der Vernetzung von mehreren Geräten und Maschinen Vorteile. Die Einbindung via EtherCAT, EtherNet/IP und Profinet erleichtert die Kommunikation. Dank direkter Datenausgabe stehen die Messwerte in Echtzeit zur Verfügung. Zur schnellen Messwertaufnahme trägt außerdem eine Oversampling-Funktion bei. 

Zur Optimierung des Signals bieten die 1900er-Sensoren erstmals eine zweistufige Messwertmittelung. Die Mittelung ermöglicht einen glatten Signalverlauf an Kanten und Stufen und verhindert Signalüberschwinger. Bei schnellen Messungen von bewegten Teilen stellt dies einen präzisen Signalverlauf sicher.

Intelligente Oberflächenregelung

Die neuen Lasersensoren sind zudem mit einer intelligenten Oberflächenregelung ausgestattet. Die Advanced Surface Compensation arbeitet mit neuen Algorithmen und ermöglicht stabile Messergebnisse auch auf anspruchsvollen Oberflächen. Wechseln die Messobjektoberflächen beispielsweise von mattschwarz zu glänzend oder von hell zu dunkel, so sorgt die smarte Technologie dafür, dass sich die Belichtungszeit an die Bedingungen anpasst, die das jeweilige Messobjekt bietet. 

Zur Ermittlung der Messwerte bildet der Lasersensor einen roten Laserpunkt mit einer Wellenlänge von 670 nm auf dem Target ab. Das Laserlicht wird in einem bestimmten Reflexionswinkel zurückgeworfen und trifft im Sensor auf eine Optik auf einer CMOS-Zeile. Beim schnellen Wechsel von einem hellen auf ein dunkles Objekt käme ohne die intelligente Oberflächenregelung zunächst zu wenig Licht auf der Empfangsmatrix an. Beim schnellen Wechsel von dunkler Oberfläche zu glänzenden Objekten wäre die Intensität dagegen anfangs viel zu hoch. 

In beiden Fällen wäre das Ergebnis ungenau oder sogar unbrauchbar. Daher regelt die Advanced Surface Compensation die Belichtungszeit und damit die Intensität des gesendeten Lichts während der Messaufgabe so aus, dass die Reflexion auf der CMOS-Zeile im Idealbereich liegt. Anschließend berechnet der Sensor die mikrometergenauen Abstandswerte über die Dreiecksbeziehung zwischen der Laserdiode, dem Messpunkt auf dem Objekt und dem Abbild auf der CMOS-Zeile. Die ermittelten Werte lassen sich entweder analog oder digital über die Feldbus-Schnittstellen in die Anlagen- und Maschinensteuerung einspeisen. Der Sensor ist zudem äußerst fremdlichtbeständig und auch in stark beleuchteten Umgebungen einsetzbar.

Einfache Montage und Inbetriebnahme

Zur reproduzierbaren Befestigung ist der OptoNCDT 1900 mit einem patentierten Montagekonzept ausgestattet. Die Montage erfolgt über Passhülsen, die den Sensor automatisch in die korrekte Position ausrichten. Dies ermöglicht sowohl einen einfachen Sensorwechsel sowie eine noch höhere Präzision bei der Ausrichtung des Lasers. Dies ist vor allem beim Sensortausch von Vorteil. Für den Betrieb des Sensors ist keine externe Steuereinheit erforderlich, da der Controller komplett im kompakten Sensorgehäuse integriert ist. Dank der geringen Abmessungen ist der Lasersensor auch in beengte Bauräume zu integrieren.

Überall zu finden

Anwendung finden die Laser-Triangulationssensoren überall dort, wo hohe Anforderungen an Präzision und Integrierbarkeit gestellt werden. Die Sensoren sind beispielsweise in der anspruchsvollen Fabrikautomatisierung, in der Automobilfertigung, im 3D-Druck und in Messmaschinen im Einsatz.

In Druck-, Löt- und Bestückungsprozessen von Leiterplatten etwa ist die exakte Höhenpositionierung des Druckkopfes entscheidend für die fehlerfreie Ausführung. Die neuen Sensoren ermöglichen dazu die Feinpositionierung des Druckkopfes. Sie liefern unabhängig von der Oberflächenreflektion präzise Messergebnisse, die sich zur Höhennachführung und auch zur Kantenerfassung heranziehen lassen. 

Zur Vermessung von Bauteilen werden häufig Koordinaten-Messmaschinen eingesetzt. Für die schnelle Positionierung von Messköpfen ermöglichen dank der hochentwickelten Technologie eine schnelle und genaue Positionierung des Messkopfes.

Zur Prüfung von Hochgeschwindigkeitstrassen werden spezielle Messwagen eingesetzt. Darin sind Laser-Wegsensoren der Serie OptoNCDT 1900LL integriert, die mit hoher Messrate den Abstand zum Gleis erfassen. Dank der kleinen Laserlinie werden Unregelmäßigkeiten kompensiert und so geglättete Messwertkurven generiert. Dies eignet sich besonders zur Ermittlung des Längstrends der Gleise. Die robusten Sensoren zeigen sich gegenüber schwankenden Reflexionen und Umgebungslicht unempfindlich.

Für automatisierte Bearbeitungsvorgänge an Karosserien ist eine exakte Bestimmung der Karosserieposition relativ zum Bearbeitungswerkzeug für z. B. Bohrungen, Stanzen oder den Anbau von Baugruppe notwendig. Für die hochpräzise Abstandsmessung auf die metallischen bzw. lackierten Oberflächen werden Laser-Triangulationssensoren eingesetzt. Hier ist insbesondere die Fremdlichtunempfindlichkeit und die hohe Messge­nauigkeit ein entscheidender Vorteil.

Autor: Erich Winkler, Produktmanager Sensorik, Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
Bilder: Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Teilen