Schnelle Abstandsmessung per Lasersensor mit bis zu 8 kHz

Erich Winkler, Produktmanager Sensorik, Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG, Ortenburg

Inhaltsverzeichnis

1. Kompakte Bauform erleichtert Integration in die Fertigungsanlage
2. Integration in den Roboterarm auch bei hohen Beschleunigungen
3. Lasersensoren für Serienanwendungen – hohe Leistung bei kleinem Preis
4. Lasersensoren erschließen vielfältige Anwendungsgebiete
5. Fazit
6. Funktionsprinzip und Vorteile der Lasertriangulationssensoren

Mit den Lasersensoren optoNCDT 1220, 1320 und 1420 stellt Micro-Epsilon drei neue Baureihen für die präzise Abstandsmessung vor. Flaggschiff der neuen Sensoren ist der hochperformante optoNCDT 1420. Durch gezielte Optimierungen wurde seine Leistung gesteigert: Mit einer verdoppelten Messrate von nun 8 kHz, einer 16-bit-Digital/Analog-Wandlung und der Schutzart IP67 sind Sensoren dieser Baureihe nicht nur die schnellsten Lasersensoren ihrer Klasse, sondern sie punkten auch mit höherer Genauigkeit. Daher eignen sich die Sensoren ideal für Serienanwendungen in der Automatisierung und im Maschinenbau.

Kompakte Bauform erleichtert Integration in die Fertigungsanlage

Die ultrakompakte Bauform des Sensors bei gleichzeitig geringem Gewicht eröffnet neue Anwendungsgebiete im Maschinen- und Anlagenbau. Die Signalaufbereitung ist komplett im Sensorgehäuse untergebracht. Dadurch ist kein externes Steuergerät erforderlich, was den Platzbedarf bei der Installation auf ein Minimum reduziert. Eingesetzt werden die Lasersensoren des Typs optoNCDT 1420 für präzise Weg- und Abstandsmessungen bei Messbereichen von 10 bis 500 mm. Von Vorteil ist zudem, dass die neuen Modelle diese hohe Leistung in jeder Umgebung bieten und sich durch eine Temperaturstabilität von ±0,015 % d.M./K und eine Fremdlichtbeständigkeit von bis zu 50.000 Lux auszeichnen.

Da die Lasersensoren auf nahezu allen Oberflächen messen und mit einer intelligenten Belichtungsregelung arbeiten, die Hell-dunkel- und Matt-glänzend-Wechsel schnell und zuverlässig kompensiert, sind die Einsatzmöglichkeiten der neuen Lasersensoren vielfältig. So stellen schnelle Übergänge von glänzendem Lötzinn auf dunklen Kunststoff, wie sie bei der Abstandsmessung auf Leiterplatten auftreten, kein Problem dar. Dank kleinem Lichtfleck lassen sich zudem kleinste Details hochgenau erfassen, wie beispielsweise IC-Pins, die ebenfalls auf Leiterplatten geprüft werden.

Das robuste Aluminiumgehäuse mit Schutzart IP67 schützt den Sensor bei all dem vor äußeren Einflüssen und sorgt für Vibrationsbeständigkeit. Darüber hinaus können die Sensoren mit schleppkettentauglichen und auch robotertauglichen Kabeln ausgestattet werden. Gleichermaßen einfach ist auch die Handhabung der Lasersensoren – sowohl für Einsteiger als auch Experten. Die Möglichkeiten reichen von analog bis digital, von der Plug&Play-Lösung über Webinterface bis hin zu ASCII-Programmierbefehlen.

Integration in den Roboterarm auch bei hohen Beschleunigungen

Auch der optoNCDT 1320 ist ein neuartiger Laser-Triangulationssensor in Kompaktbauweise zur Erfassung von Weg, Abstand und Position. Dank der sehr kompakten Bauform mit integriertem Controller kann der Sensor nicht nur in beengte Bauräume integriert werden – er eignet sich aufgrund des geringen Gewichts auch gut für Anwendungen, bei denen hohe Beschleunigungen wirken, wie etwa am Roboterarm oder in Bestückungsautomaten.

Der optoNCDT 1320 bietet eine hohe Messgenauigkeit und eine einstellbare Messrate von bis zu 4 kHz. Die Active Surface Compensation (ASC) sorgt für eine stabile Ausregelung des Abstandssignals, unabhängig von der Farbe und Helligkeit des Messobjekts. Dank des kleinen Messflecks können auch kleinste Objekte zuverlässig detektiert werden.

Die Modelle der Baureihe optoNCDT 1320 ermöglichen eine Sofortinbetriebnahme mit nur wenigen Klicks der Multifunktionstaste am Sensor. Erweiterte Sensoreinstellungen erfolgen über das intuitive Webinterface. Darüber hinaus können die gängigsten Oberflächentypen einfach über Presets gewählt werden, wodurch Filter, Messrate und Belichtung automatisch angepasst werden. Über den Quality-Slider können voreingestellte Settings für statische oder dynamische Prozesse gewählt werden.

Lasersensoren für Serienanwendungen – hohe Leistung bei kleinem Preis

Klein, präzise und schnell präsentieren sich ebenfalls die kompakten Lasersensoren optoNCDT 1220 – mit einem Sensorgewicht von nur 60 g und den Abmessungen von 46 x 30 x 20 mm; ideal zur Integration in beengte Bauräume. Mit einer Messrate bis 2 kHz erfassen sie den Abstand in Bereichen bis 500 mm äußerst schnell. Dank der 16-bit-Digital-Analog-Wandlung, dem IP67-Aluminiumgehäuse und der hohen Schock- und Vibrationsbeständigkeit sind diese Sensoren für Serienanwendungen in der Automatisierung und im Maschinenbau konzipiert. Einsatz finden sie daher in allen Bereichen der Automatisierungstechnik, des Maschinenbaus, in 3D-Druckern oder Verfahranlagen.

Lasersensoren erschließen vielfältige Anwendungsgebiete

Die optoNCDT-Laser-Triangulationssensoren werden bevorzugt zur präzisen Messung von Weg, Abstand und Position eingesetzt. Ihre Präzision und Zuverlässigkeit machen sie zu einem wertvollen Werkzeug in der Qualitätskontrolle, wo sie dazu beitragen, die Einhaltung von Spezifikationen sicherzustellen und Ausschuss zu reduzieren. Ebenso sind sie in der Robotik und in automatisierten Montageprozessen von großer Bedeutung, wo sie zur genauen Positionierung von Werkzeugen, Werkstücken sowie zur Steuerung von Bewegungsabläufen eingesetzt werden.

• Lasersensoren als Taster-Ersatz:
  

  

  Laser-Triangulationssensoren optoNCDT 1220 werden beispielsweise bei der geometrischen Vermessung von Bauteilen in Prüfvorrichtungen eingesetzt. Sie überwachen unter anderem die Bauteiltoleranzen von seriengefertigten Kunststoff- und Aludruckgussteilen. Zudem werden sie für die Wareneingangskontrolle und damit die Qualitätssicherung eingesetzt. Von Vorteil ist hier, dass die Messung im Gegensatz zu den früher verwendeten taktilen Prüfstationen aufgrund der berührungslosen Laser-Messung keine Einwirkung auf das Messobjekt hat. Zudem lassen sich die Sensoren aufgrund ihrer verschiedenen Messbereiche und großen Grundabstände sehr flexibel verwenden – auch in kritischen Industrieumgebungen. Das macht ihren Einsatz nicht nur wirtschaftlich, auch die Integration in die Prüfanlage und die nachfolgende Auswertung der Messergebnisse ist schnell und einfach umsetzbar.

• Druckkopfpositionierung und Fokusregelung:
  

  

  Bei industriellen Druckprozessen ist die exakte Höhenpositionierung des Druckkopfes entscheidend für die Qualität des Endprodukts. Das schnelle Erfassen des Abstands gegen unterschiedliche Materialoberflächen und die Kantenerfassung ermöglichen es, den Druckkopf schnell nachzuregeln und zu positionieren. So ist beispielsweise bei Druck-, Löt- und Bestückungsprozessen von Leiterplatten die exakte Höhenpositionierung des Druckkopfes entscheidend für die fehlerfreie Ausführung. Lasersensoren der Serie optoNCDT werden hier oftmals zur Feinpositionierung des Druckkopfes eingesetzt und liefern unabhängig von der Oberflächenreflexion präzise Messergebnisse, die zur Höhennachführung und zur Kantenerfassung herangezogen werden.

• Hochauflösende Feinpositionierung beim Dispensen von Klebstoffen und Wärmeleitpasten:
  Wie bei Druckprozessen ist auch beim Auftragen von Klebstoff oder Wärmeleitpaste die exakte Höhenpositionierung der Dispenserdüse entscheidend für die fehlerfreie Ausführung. Lasersensoren der Serie optoNCDT ermöglichen die Feinpositionierung des Dispensers. Die Sensoren liefern hier ebenfalls unabhängig von der Oberflächenreflexion präzise Messergebnisse, die zur Höhennachführung und zur Kantenerfassung herangezogen werden.
• Positionierung autonomer Transportsysteme:
  

  

  Um fahrerlose Transportsysteme und autonome mobile Roboter kollisionsfrei zu positionieren, kommen ebenfalls Lasersensoren der Reihe optoNCDT 1220 mit 500 mm Messbereich zum Einsatz. Die Sensoren messen den Abstand zu einem Codeband. Durch den ermittelten Abstandswert kann eine PGV-Kamera das Codeband zuverlässig lesen und die genaue Position des fahrerlosen Transportsystems (FTS) sowie von autonomen mobilen Robotern (AMR) entschlüsseln. Das ermöglicht die kollisionsfreie Positionierung von FTS/AMR mit Mecanum-Rädern.

• Qualitätskontrolle in der Elektronikfertigung:
  

  

  Lasersensoren der Modellreihe optoNCDT 1420 kommen beispielsweise bei der Qualitätskontrolle von Leiterplatten zum Einsatz. Über eine Verfahranlage werden sie über die PCBs und die hochintegrierten Bauteile geführt. Mit einer Messrate von bis zu 8 kHz prüfen sie die Position und Anwesenheit von kleinen Bauteilen auf der Leiterplatte. Die kompakte Sensorbauform und der integrierte Controller ermöglichen die Einbindung des Sensors auch bei wenig Platz. Durch den kleinen Lichtfleckdurchmesser werden präzise Messungen auch auf kleine IC-Pins ermöglicht, da der Lichtpunkt dort scharf abgebildet werden kann.

Fazit

Laser-Triangulationssensoren bieten in der fortschrittlichen Automatisierung entscheidende Vorteile durch ihre hohe Präzision, Flexibilität und Effizienz. Ihre Fähigkeit, schnelle und zuverlässige Messungen durchzuführen, ohne mit dem Messobjekt in Kontakt zu kommen, macht sie zu einem wichtigen Bestandteil moderner Fertigungs- und Produktionsprozesse. Mit ihrer Hilfe können Unternehmen die Qualität ihrer Produkte steigern, Produktionskosten und Materialverbrauch senken und damit die Effizienz optimieren. (co)

www.micro-epsilon.de

Mehr zu den Lasersensoren der optoNCDT-Baureihen

Funktionsprinzip und Vorteile der Lasertriangulationssensoren

Die Lasersensoren von Micro-Epsilon basieren auf dem Messprinzip der optischen Triangulation. Ein Laserstrahl wird auf ein Objekt gerichtet, ein Detektor erfasst das reflektierte Licht. Die Distanz zwischen Sensor und Objekt lässt sich nun anhand des Winkels, in dem das reflektierte Licht auf dem Detektor auftrifft, präzise berechnen. Dies erfolgt über eine Dreiecksbeziehung zwischen Laserdiode, Messpunkt auf dem Objekt und Abbild auf der CMOS-Zeile. Die Messauflösung erreicht dabei den Bruchteil eines Mikrometers.

Vorteile der Lasersensoren

Die Vorteile der Laser-Triangulationssensoren von Micro-Epsilon liegen im äußerst kleinen Lichtpunkt, der hohen Genauigkeit und der Messrate. Sie können selbst kleinste Abstandsänderungen detektieren, was sie ideal für Anwendungen macht, bei denen es auf hohe Präzision ankommt.

Darüber hinaus ermöglicht die berührungslose Messmethode die Messwertaufnahme, ohne das Messobjekt zu beeinflussen oder zu beschädigen, was besonders in sensiblen oder schwer zugänglichen Bereichen von Bedeutung ist. Die Fähigkeit, Messungen in Echtzeit durchzuführen, ist eine weitere Stärke dieser Sensoren. Dies ermöglicht eine sofortige Feedbackschleife für Steuerungs- und Regelungssysteme, wodurch Prozesse effizienter und dynamischer gestaltet werden können. Ein Eingreifen in den Produktionsprozess ist unmittelbar möglich, mindert dadurch deutlich Ausschuss und spart Ressourcen. Zudem sind Laser-Triangulationssensoren in der Lage, auf verschiedensten Materialien und Oberflächen zu messen, was eine breite Anwendungsvielfalt eröffnet.

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