Lasertriangulation von Punkt bis Linie ab S. 12

Sensorik
Das Micro-Epsilon Kundenmagazin
A us gab e 8 | Fr ühj ahr 2014
Lasertriangulation
von Punkt bis Linie ab S. 12
Unternehmensnews
Messe-Highlight
Im Visier
Messtechnik für die Pole-Position
Laser-Scanner macht blau
capaNCDT
Sensorik
Inhalt
4
News:
Neubau:
Weichen gestellt
für nachhaltiges
Wachstum
11
Applikation:
Farberkennung der
Nähte im AutomobilInterieur
12
Schwerpunkt:
Lasertriangulation
18
Im Visier:
Freie Kapazitäten
in der Sensorik
Inhalt
Editorial................................................................. 3
Unternehmensnews
Kurz gefasst........................................................... 4
Kompaktes Laser-Mikrometer für
industrielle Anwendungen ..................................... 5
Fünf Fragen an Carmen Lang................................ 6
Der „neue“ Meter.................................................... 7
Applikationen
Farberkennung der Nähte
im Automobil-Interieur............................................. 8
Automatische Positionierung der Synchronringe..... 9
Unterscheidung von Bremsscheiben
in der Automobilproduktion................................... 10
Aktive Kompensation von Störbewegungen
im Messprozess................................................... 11
Schwerpunkt
Lasertriangulation von Punkt bis Linie.................. 12
Expertenrunde....................................................... 14
Präzision hoch fünf ............................................... 16
Messe-Highlights
Spindelwachstum berührungslos erfassen ........ 20
Die wirtschaftliche Abstandspräzision................. 20
turboSPEED DZ140: störsicher bis 285 ºC ........ 21
Laser-Scanner macht blau................................... 21
Im Visier
Freie Kapazitäten in der Sensorik ..................... 18
Engagement
Digitale Ortskampagne........................................ 22
Vorlesung an der HS Esslingen........................... 22
Integrationskalender............................................. 22
Service
Termine 2014......................................................... 3
Chronik................................................................. 23
Branchenindex..................................................... 23
Produktindex........................................................ 23
Titelbild
Laser-Linien-Triangulationssensor
scanCONTROL inspiziert eine Oberfläche.
Redaktion
Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
Königbacher Str. 15 · 94496 Ortenburg / Germany
E-Mail: [email protected]
2
Ausgabe 08
Editorial
Sensorik
Auf den Punkt gebracht ganz auf Ihrer Linie
Laserlichtbasierte Wegsensoren werden vielseitig in der industriellen Automatisierung
und in modernsten Produktionslinien eingesetzt. Auf dem geometrischen Dreiecksprinzip basierend, kann der Laserpunkt je nach
Sensormodell über die Optik zu einer Linie
ausgedehnt werden. Im Schwerpunkt dieser
Ausgabe haben wir ab Seite 12 die wichtigsten
Technologien zusammengefasst und Experten zur Zukunft der Lasertriangulation befragt.
Wussten Sie, dass die Neudefinition des Meters gerade mal 30 Jahre alt ist? Die grundlegende „Linie” der Messtechnik wird seit 1983
über eine atomare Konstante – das Krypton86-Atom – neu definiert. Den Beitrag zur Geschichte dieser Basiseinheit finden Sie auf
Seite 7.
In der Technik ist oft der (Gesichts-)Punkt
entscheidend. Die technischen Endoskope
erlauben einen Blick in die Tiefen von Verbrennungsmotoren oder helfen, einen Baum zu
retten (Seite 6).
Viel Freude beim Lesen
Johann Salzberger
Geschäftsführer Marketing und Vertrieb
Download: Zeitschrift als PDF
http://bit.ly/1ez5zKr
Termine 2014
Messen
Datum
Messename
Stadt (Land)
Aussteller
07.04.2014 - 11.04.2014
HMI
Hannover (Deutschland)
Micro-Epsilon Deutschland
08.04.2014 - 10.04.2014
Drives & Controls
Birmingham (Großbritannien)
Micro-Epsilon UK Ltd.
05.05.2014 - 07.05.2014
AISTech
Indianapolis (USA)
Micro-Epsilon USA
06.05.2014 - 09.05.2014
Control
Stuttgart (Deutschland)
Micro-Epsilon Deutschland
03.06.2014 - 05.06.2014
Sensor+Test
Nürnberg (Deutschland)
Micro-Epsilon Deutschland
03.06.2014 - 06.06.2014
Automatica
München (Deutschland)
Micro-Epsilon Deutschland
09.09.2014 - 11.09.2014
ITEC
Akron, OH (USA)
Micro-Epsilon USA
30.09.2014 - 01.10.2014
Sensors & Instrumentation
Birmingham (Großbritannien)
Micro-Epsilon UK Ltd.
07.10.2014 - 09.10.2014
Aluminium
Düsseldorf (Deutschland)
Micro-Epsilon Deutschland
22.10.2014 - 23.10.2014
Engineering Design Show
Coventry (Großbritannien)
Micro-Epsilon UK Ltd.
Ausgabe 08
3
Sensorik
Unternehmensnews
Kurz gefasst
Messtechnik
Sensoren
Neubau:
für die Pole Position
für das 1.600 km/h-Auto
Weichen für nachhaltiges Wachstum
6 Zylinder, 4 Rennteams und 1 Sieg - die vergangene Formel-1-Saison war für Renault
sehr erfolgreich. Micro-Epsilon beliefert den
französischen Autogiganten mit Sensoren
für die Motorentwicklung und wurde nach
Paris eingeladen, den Erfolg zu feiern.
Micro-Epsilon ist einer der Produktsponsoren des Bloodhound SSC Projektes: Seine
Organisatoren wollen mit einem 135.000 PS
starken Raketenauto einen neuen Geschwin­
digkeitsrekord aufstellen.
Seit dem Ende der weltweiten Wirtschaftskrise 2008/2009 geht es für die Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG wieder
konstant aufwärts – der weltweite Umsatz
der gesamten Unternehmensgruppe konnte seither mehr als verdoppelt werden.
Insgesamt vierzehn Preise heimste Renault mit
dem Motor V6 bei der Formel-1-Saison 2013
ein. Als einer der Messtechnik-Zulieferer wurde
Micro-Epsilon Ende des vergangenen Jahres in
das “L’Atelier Renault” auf dem Champs-Élysées eingeladen, um den Sieg mit den RenaultIngenieuren und der F1-Legende Alain Prost zu
feiern.
Micro-Epsilon bietet eine umfassende Sensor­
palette für die Motorentwickler an: Der besonders temperaturstabile Drehzahlsensor für
Turbolader, turboSPEED DZ140, misst selbst
an dünnen Turbinenradschaufeln aus Aluminium und Titan im Drehzahlbereich von 200
U/min bis 400.000 U/min. Der Laser-Sensor
opto­NCDT 1700BL mit der blauen Laserdiode
erfasst Schwingungen und Vibrationen am rotglühenden Motorkrümmer. Mini-Wirbelstromsensoren eddyNCDT können an unterschiedlichen Stellen im Motorraum intergriert werden,
um z.B. die Ölfilmdicke zwischen Kolben und
Zylinderwand zu vermessen. Zur Verfügung
stehen sowohl Serienprodukte als auch kundenspezifische Modelle.
4
Ausgabe 08
Das Fahrzeug, das auf dem Land schneller
werden soll als jedes Flugzeug in der Luft,
verfügt über 90-Zentimeter-Räder aus einem
raumfahrttauglichen Aluminium. Um die Dynamik und die mechanische Ausdehnung
der Räder im Prüfstand zu untersuchen, wird
das kapazitive Messsystem capaNCDT 6200
eingesetzt. „Da sich die Räder mit bis zu
10.000 U/min drehen, wird ein extrem hoher
Druck auf die Felgen ausgeübt. Um unsere
Belastungsmodelle realitätsgetreu zu verifizieren, benötigen wir ein Messsystem, das die
mechanische Ausdehnung der Felgen unter
Höchstgeschwindigkeit hochpräzise messen
kann“, so Joe Holdsworth, Systemingenieur
von Bloodhound Programme Ltd.
Neben den kapazitiven werden auch LaserSensoren optoNCDT 2300 eingesetzt. Am
Fahrzeugrahmen befestigt, messen und kontrollieren sie während der Fahrt die Fahrhöhe
des Rennwagens. Darüber hinaus kommen
im Motorraum berührungslose Infrarot-Temperatursensoren thermoMETER CTmicro und
CThot zum Einsatz. Sie überwachen die Erwärmung der Elektronik und vieler Komponenten,
die geklebt oder genietet sind.
Die Weichen für weiteres Wachstum stellt das
auf die Entwicklung, Produktion und den eigenen Vertrieb hochsensibler Messtechnik spezialisierte Unternehmen zur Zeit am Hauptstandort in Ortenburg.
In den kommenden Monaten soll auf dem
Grundstück hinter den bestehenden Firmengebäuden im Ortsteil Dorfbach ein Neubau
entstehen: Auf rund 4000 Quadratmetern
verteilt auf vier Geschosse sollen zusätzliche
Büroräume, Schulungs- und Konferenzräume,
eine Werkstatt und Lagerflächen entstehen.
Herzstück des rund vier Millionen Euro teuren
Bauprojekts soll ein sogenanntes Messqualifizierungslabor werden. Dort kann die Genauigkeit neuer Geräte „qualifiziert“ nachgewiesen
und damit verbürgt werden. Um äußere Einflüsse auszuschließen, bekommt der in den
Hang „eingegrabene“, fensterlose Kellerteil
des Neubaus ein eigenes Fundament, das
auch kleinste Schwankungen der Erde, etwa
durch vorbeifahrende Lastwagen, auszugleichen vermag.
Text/ Foto: Fleischmann/Passauer Neue Presse
Unternehmensnews
Sensorik
Kompaktes Laser-Mikrometer
für industrielle Anwendungen
Mit einem integrierten Controller ist das
neue Laser-Mikrometer optoCONTROL
2520 besonders kompakt ausgeführt. Der
maximale Abstand zwischen Sender und
Empfänger kann bis zu 2 Meter betragen.
In dem dazwischen projizierten Lichtvorhang kann das zu messende Objekt beliebig positioniert werden. Das komfortable
ethernetbasierte Webinterface erleichtert
die Bedienung und Integration, sowie den
Fernzugriff im Fertigungsprozess.
Das kompakte Laser-Mikrometer optoCONTROL 2520 zeichnet sich durch eine hohe
Genauigkeit und durch variable Montageabstände von 100 mm bis 2 m aus. Der Abstand
des Messobjekts zum Empfänger ist frei wählbar, damit kann das Messobjekt an beliebiger
Position innerhalb des Lichtvorhangs platziert
werden. Der Messbereich beträgt 46 mm. Die
Konfiguration erfolgt über ein intuitives Web­
interface. Ein über Webinterface angezeigtes
Messwert-Zeitdiagramm sorgt für eine komfortable Darstellung. Das Diagramm ermöglicht
ein flexibles Ein- und Ausschalten von verschiedenen Messwerten wie z.B. Einzelkanten, Durchmesser und Mittelachse. Des Weiteren stehen diverse Mittelungs- und Filterarten,
sowie Statistik-Funktionen zur Verfügung.
Als Schnittsstellen sind ein Analogausgang,
RS422 sowie Ethernet oder EtherCAT verfügbar. Zur einfachen Aus- und Einrichtung der
Messung wird ein komfortables VideosignalDiagramm verwendet.
optoCONTROL 2520 eignet sich für vielfältige
Einsatzgebiete in der Qualitätsüberwachung
und Produktion. Das optische Mikrometer
misst unter anderem Durchmesser, Kante und
Spalt des Messobjekts. Außerdem können bis
zu acht Segmente gleichzeitig gemessen und
ausgegeben werden. Der kleinste erfassbare Messobjektdurchmesser liegt bei 0,5 mm.
Dadurch lassen sich z.B. PINs und Lücken an
Stecker oder Stiftleisten in der Elektronikproduktion präzise vermessen. Auf der anderen
Seite ist das neue Präzisions-Mikrometer bestens zum Erfassen von großen Objekten oder
zum Messen auf großer Distanz geeignet. In
Produktionslinien mit beengten Bauräumen
können der Sender und Empfänger dank des
großen Messabstandes bis 2 m flexibel eingebaut werden. In den Messvorhang hineinragende Maschinenteile können ausmaskiert
werden.
Messmodi
Zu jedem Segment, Spalt oder Durchmesser kann die Mittelachse sowie die Lage der Einzelkanten ausgegeben werden.
Kante hell/dunkel
Kante dunkel/hell
Durchmesser
Spalt
Segment
Center
Ausgabe 08
5
Sensorik
Unternehmensnews
5 Fragen an...
...Carmen Lang
Carmen Lang ist langjährige Beraterin im Bereich der technischen Endoskopie.
Der “Sensorik” erklärt sie den Unterschied zu den medizinischen Geräten und
erinnert sich an die ungewöhnlichsten Anwendungen.
Frau Lang, Endoskope kennt man
in erster Linie aus der Medizin. Wie
unterscheidet sich das industrielle
Endoskop von seinem medizinischen
“Bruder”?
Tatsächlich wurden die Endoskope ursprünglich für die Medizin entwickelt. Die
Endoskope in der Medizin müssen jedoch andere Kriterien erfüllen als technische Geräte: Sie müssen autoklavierbar
sein und haben daher keine Fokussierung am Okular. Die Fokussierung wird
über die Objektivadapter in Verbindung
mit dem Objektiv und einer Kamera eingestellt.
Wo werden die technischen
Endoskope eingesetzt?
Technische Endoskope werden für die
zerstörungsfreie Werkstoffprüfung an
nicht sichtbaren oder schwer zugänglichen Teilen verwendet: Bohrungen
werden auf Grat- und Partikelfreiheit
überprüft, Schweißnähte werden in
Rohren oder Wärmetauschern untersucht. In Motoren und Getrieben werden
Wellen und Laufflächen kontrolliert. Auf
dem Bau werden die Hohlräume und
Zwischendecken inspiziert. Auch der
Schornsteinfeger setzt technische Endo-
Kontakt:
Carmen Lang
Produktmanagerin
Techn. Endoskopie
[email protected]
6
Ausgabe 08
skope bei der Inspektion ein. Ebenfalls
eingesetzt werden technische Endoskope in der Forschung und Entwicklung.
Was ist für die Qualität des technischen Endoskops entscheidend?
Entscheidend für die Qualität der Endoskope sind die optischen Komponenten
des Linsensystems. Bei starren Endoskopen haben Modelle mit Stablinsensystem die beste Qualität. Dadurch ergeben
sich kontrastreiche und helle Bilder. Bei
flexiblen Endoskopen wird das Bild über
einzelne Bildleitfasern und das Licht
über Lichtleitfasern übertragen. Deswegen sind hier Anzahl und Qualität der
Fasern entscheidend. Für die Videoskope ist der verwendete Chip von großer
Bedeutung.
Gibt es auch kundenspezifische
Applikationen?
Viele Applikationen sind kundenspezifisch und können mit Standardprodukten nicht gelöst werden. Hierbei handelt
es sich um Entwicklungen in der Industrie und Forschung an Hochschulen. Ein
Beispiel: Ein namhafter Nutzfahrzeughersteller setzt spezielle Endoskope ein,
um in der Entwicklungsphase die CO2-
Werte der Verbrennungsmotoren zu reduzieren. Die Endoskope werden direkt
in den Abgasstrom integriert, um die
Strömung sichtbar zu machen. Sie haben einen vordefinierten Schärfebereich,
eine hohe Temperaturstabilität und müssen gegen aggressive Harnsäure beständig sein.
Können Sie sich an ungewöhnliche
Prüfaufgaben erinnern?
Sogar in der Botanik kommen Endoskope zum Einsatz. Ist ein Baum durch
Pilzbefall erkrankt, wird er nicht gefällt,
sondern kann saniert werden: Mit einem
Endokop kann der Pilzbefall erkannt und
der Baum gesund gepflegt werden. Und
wenn Sie mal den Code zu Ihrem Tresor vergessen oder den Schlüssel dazu
verloren haben, ist es kein Problem den
Tresor mit einem Endoskop zu öffnen.
Wie das geht? Dieses Geheimnis bleibt
verschlossen.
Vielen Dank für das Interview!
Unternehmensnews
Sensorik
Der „neue“ Meter
Am 20. Oktober 1983 wurde der Meter neu definiert. Er war die erste Basiseinheit,
die über eine fundamentale Konstante bestimmt wurde.
Es gibt Messmethoden, die kann jedes Kind
anwenden. Zum Beispiel bei Gewitter. Wenn
es blitzt, wird gezählt – bis zum Donner. Die
gezählten Sekunden geteilt durch 3 ergeben
die Entfernung des Gewitters in Kilometern.
Was hier zur Anwendung kommt, ist dasselbe Prinzip wie das der Meterdefinition, die vor
Kurzem 30 Jahre alt geworden ist. Denn der
Berechnung liegt eine konstante Geschwindigkeit zugrunde, hier die Schallgeschwindigkeit (in Kilometern pro Sekunde). Die Strecke,
die der Donner zurückgelegt hat, wird dann
über die gemessene Zeit ermittelt. Die Definition des Meters basiert allerdings nicht auf der
Schall- sondern auf der Lichtgeschwindigkeit
c von 299 792 458 Metern pro Sekunde. Entsprechend ist ein Meter die Strecke, die Licht
in einer 299 792 458stel Sekunde im Vakuum
zurücklegt. Dieses Prinzip wird auch bei realen Messungen angewendet, zum Beispiel bei
modernen Entfernungsmessgeräten, wie man
sie im Baumarkt kaufen kann. Sie sind so etwas wie eine Stoppuhr mit Laser. Sie messen
die Zeit, die ein Lichtpuls vom Gerät zur Wand
und zurück benötigt, und errechnen daraus
den Abstand. Die hochpräzisen Methoden der
Längenmessung an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) sind jedoch etwas
komplizierter.
Der Meter hat einen langen Weg hinter sich.
Seine vielen Vorgänger um Elle und Fuß waren
von den Körpermaßen regionaler Herrscher
abgeleitet und entsprechend vielfältig. Das
älteste bekannte Längenmaß, die Nippur-Elle
aus Mesopotamien, wird auf die erste Hälfte
des 3. vorchristlichen Jahrtausends datiert.
Sie war 51,8 Zentimeter lang. Schon damals
wurden Primärnormale solcher Maße zum Beispiel aus Granit hergestellt, die der Weitergabe der Einheit für den Handel dienten. Auch
der berühmte Urmeter ist ein reales Objekt
– ein Stab aus einer Edelmetall-Legierung.
Doch im Geist der französischen Revolution
sollte die Längeneinheit der neuen Zeit nicht
mehr auf den zufälligen Körpermaßen eines
Herrschers basieren, sondern auf einer überall
gültigen Konstanten. Dafür wählte ein von der
französischen Nationalversammlung beauftragtes Komitee den damals durch Paris verlaufenden Nullmeridian. Dessen zehnmillionster Teil auf der Strecke zwischen Nordpol und
Äquator sollte den neuen Meter ausmachen.
Mittels Triangulation maßen zwei Astronomen
in einem aufwändigen Verfahren einen Teilabschnitt des Meridians zwischen Barcelona
und Dünkirchen und ermittelten daraus die
Gesamtlänge des Längengrades. Im Dezember 1799 wurde der Meter schließlich in Platin
gegossen. Doch erst 1875 erhielt der Meter
seine allgemeine Gültigkeit, zumindest in den
17 Staaten, die damals die Meterkonvention
unterzeichneten. Der Prototyp wurde 1889
durch einen stabileren Platin-Iridium-Stab ersetzt, von dem 30 Kopien angefertigt und an
die Mitgliedsstaaten der Meterkonvention verteilt wurden. Ein Meter war nun der „Abstand
der Mittelstriche der auf dem Urmeterstab in
Sèvres angebrachten Strichgruppe bei 0 C“.
Die Angabe der Temperatur deutet das Problem dieser Definition bereits an: Die Einheit
war abhängig von äußeren Parametern wie der
Temperatur. Außerdem ist ein materielles Objekt wie ein Metallstab zeitlich nicht stabil. Eine
orts- und zeitunabhängige Konstante musste
her. Diese fanden Metrologen in den Wellenlängen von Licht. Die PTB-Wissenschaftler
Wilhelm Kösters und Johann Engelhard entwickelten schließlich ein Messsystem und eine
Kryptonlampe mit einer bis dahin unerreichten
Stabilität und Reproduzierbarkeit der Wellenlänge. In der Lampe wurden Kryptonatome
zu einem Elektronenübergang angeregt, bei dem rotes Licht
einer genau bestimmten
Wellenlänge entstand. 1960 folgte die Neudefinition des Meters als das „1 650 763,73-fache der Vakuumwellenlänge des Lichts, das
von einem Krypton-86-Atom ausgesandt
wird“.
Damit wurde der Meter zum „Musterknaben“
des SI-Systems, zur ersten Einheit, die auf
eine atomare Konstante zurückgeführt wurde.
Mit der Kryptonlampe der PTB wurde für den
Meter eine Reduzierung der relativen Messunsicherheit um den Faktor 10 auf 10-8 erreicht.
Doch mit der Entdeckung des Lasers machte
die Herstellung präziser Lichtquellen mit immer stabileren Wellenlängen große Sprünge
und stellte so eine ständige und immer kurzschrittigere Anpassung der Meterdefinition
an die technische Entwicklung in Aussicht.
Darum wurde die Längeneinheit schließlich
an eine unveränderliche Naturkonstante gebunden. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
wurde auf exakt 299 792 458 m/s festgelegt
und der Meter am 20. Oktober 1983 von der
17. Generalkonferenz für Maß und Gewicht
(CGPM) entsprechend über die Sekunde definiert. Seitdem gilt diese Definition über eine
fundamentale Konstante als Vorbild für die anderen Einheiten des SI-Systems.
Text: Johannes Kaufmann
Foto: Physikalisch Technische Bundesanstalt
www.ptb.de
Ausgabe 08
7
Sensorik
Applikationen
Farberkennung der Nähte im Automobil-Interieur
In der Montagelinie eines bekannten deutschen Automobilherstellers müssen gleiche
Kfz-Interieurteile anhand verschiedener Nahtfarben unterschieden werden. Bisher haben
die Fachprüfer die Nähte visuell überprüft. Um
den Prozess zu automatisieren und wirtschaftlich zu optimieren, werden nun die Farbsensoren colorSENSOR LT-3-HE von Micro-Epsilon
eingesetzt. Die High-End-Sensoren arbeiten
mit einer sehr hohen Messauflösung (Farbabstand ΔE = 0,5) und unterscheiden so die für
den Menschen fast identischen Farbtöne. Ein
weiterer Vorteil des Sensors ist eine hohe Wiederholgenauigkeit, die Messergebnisse sind
sehr gut reproduzierbar. Der Zusammenbau
der Interieurteile erfolgt auf einem speziellen
Montagetisch nach dem Poka Yoke-Prinzip.
Kundennutzen:
ƒƒFehlervermeidung bei der Montage
ƒƒKostenersparnis, da anstregende visuelle
Kontrolle durch Fachprüfer entfällt
ƒƒschnellere Abwicklung
8
Ausgabe 08
colorSENSOR LT
ƒƒBis zu 31 Farben speicherbar
ƒƒRS232 und USB-Schnittstelle
ƒƒFarbräume: X/Y INT; s/i M (Lab)
Applikationen
Sensorik
Automatische Positionierung der Synchronringe
Synchronringe werden als Synchronpaket in
Automatikgetrieben eingesetzt.
Für ihre Serienfertigung erstellte Behr Systems
GmbH/Blaichach eine Handlings- und Bearbeitungsanlage zum Entgraten der Synchronringstirnseiten mit einem Laser. Wichtiger
Bestandteil der Anlage ist die Messtechnik,
welche die exakte Positionierung der Synchronringe unter dem Entgratlaser gewährleistet. Dafür wird ein Laser-Triangulationssensor
optoNCDT 1700-20LL von Micro-Epsilon eingesetzt.
Kundennutzen:
Der entscheidende Vorteil liegt in der produktionssicheren Positionierung der Synchronringe
zum Entgraten durch Diodenlaser. Mit dieser
messtechnischen Anordnung werden die Synchronringe durch den Laser-Triangulationssensor ILD1700-20LL genau positioniert und
durch den Entgratlaser nicht gestört.
optoNCDT LL
ƒƒSpezialoptik für kleine Laserlinie
ƒƒMessrate bis 49 kHz
ƒƒMessprinzip: Laser-Punkt-Triangulation
Ausgabe 08
9
Sensorik
Applikationen
Unterscheidung von Bremsscheiben in der Automobilproduktion
Beim Einbau von Bremsscheiben in Automobile muss jedem Automodell die richtige Bremsscheibe zugeordnet werden. Da es zahlreiche verschiedene Bremsscheibentypen gibt,
müssen diese vor der Montage am jeweiligen
Fahrzeug dementsprechend sortiert werden.
Oft sind die Form, Höhe und der Durchmesser der Scheiben gleich. Das einzige Unterscheidungsmerkmal ist der Spalt zwischen
zwei Lüftungsstegen. Der Laser-Profil-Scanner
gapCONTROL erfasst diesen zuverlässig. Außerdem gewährleistet diese 100%-Erkennung
eine sichere Unterscheidung und optimale
Weiterverarbeitung der Bremsscheibentypen.
Der Laser-Profil-Scanner gapCONTROL 2611100 von Micro-Epsilon vereinfacht die Sortierung der Scheiben: Die speziell auf Spalt­
erfassung abgestimmten Laser-Profil-Scanner
der Produktserie gapCONTROL 2611-100
erfassen vollautomatisch die Breite zwischen
den Stegen. Die Scheiben werden dabei auf
einem Transportband am Scanner vorbei geführt, die Stegbreite wird im Durchlauf erfasst.
Der Abstand der Stege variiert zwischen 15
mm bis 35 mm. Der Messwert wird anschließend in Echtzeit an die SPS über die Ethernet-
10
Ausgabe 08
Schnittstelle des Spaltsensors übertragen. Die
Scheiben werden nach Typ sortiert und in die
richtige Verarbeitungslinie eingeordnet.
Kundennutzen:
ƒƒEinfache und sichere Unterscheidung
ƒƒLeichte Integration in bestehende
Fertigungs­umgebung
ƒƒTaktzeiteinsparung durch vollautomatisierten
Prozess
gapCONTROL
ƒƒDrei Leistungsklassen
ƒƒIntegrierter Controller
ƒƒMessprinzip: Laser-Linien-Triangulation
Applikationen
Sensorik
Aktive Kompensation der Störbewegungen im Messprozess
Raue Industrieumgebung stellt hohe Ansprüche an die optischen Wegsensoren: Trotz
Staub und hohen Prozessgeschwindigkeiten
muss präzise gemessen werden.
Seit vielen Jahren meistern die Laser-Sensoren der Serien optoNCDT 1700 und optoNCDT
2300 diese Herausforderungen. Doch sind
Störbewegungen (Bandbewegungen, Radialbewegungen von Umlenkrollen oder Schwingungen eines Grundkörpers) größer als das
Messobjekt, kann der Messprozess erschwert
oder gar verhindert werden. Ein Beispiel dafür
sind z.B. Falten in einem Band.
In solchen Fällen kompensiert der Universalcontroller CSP2008 die prozessbedingten
Grundbewegungen über die relativen Grenzwerte.
Dabei wird über die letzten Messungen ein
Mittelwert gebildet. Er liefert die Basis zum aktuellen Messwert des Sensors (obere Grafik).
Somit werden nur Messwerte ausgegeben,
die eine definierte Schaltgrenze überschreiten
(untere Grafik). So werden auch minimale Abstandsänderungen trotz starker Bewegungen
im Prozess erkannt.
Kundennutzen:
ƒƒZuverlässige Objekterkennung trotz
hoher Grundbewegungen im Prozess
ƒƒSchnelle, präzise und hochauflösende
Messwertaufnahme
ƒƒIntegrierte Lösung: Verrechnung in der
Anlagensteuerung entfällt
CSP2008
ƒƒUmfassende Verrechnungsfunktionen
ƒƒErweiterbar auf bis zu 6 Sensoren
ƒƒHohe Verarbeitungsgeschwindigkeit
Ausgabe 08
11
12
Ausgabe 08
Schwerpunkt
Sensorik
Lasertriangulation:
Von Punkt bis Linie
Die verschiedenen optischen Messverfahren spielen eine entscheidende Rolle für die zunehmende Automatisierung von
Fertigungs- und 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 optimierten 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 nimmt Micro-Epsilon schon seit Jahren eine führende
Marktposition in der berührungslosen Messtechnik ein. Mit dem Triangulationsprinzip werden Abstände gegen ein
breites Spektrum von Materialoberflächen gemessen. Abhängig davon, ob ein Laserpunkt oder eine Linie auf die
Objektoberfläche projiziert wird, erhält man ein ein- oder zweidimensionales Ausgangssignal. Dazu werden Punkt
oder Linie über eine Empfangsoptik in einem spitzen Winkel betrachtet und auf einem positionsempfindlichen Element
(CCD-Zeile oder -Matrix) abgebildet. Die Messwerte werden digital über einen schnellen Signalprozessor verarbeitet. Die
Datenausgabe erfolgt sowohl als Analogwert als auch über eine serielle Schnittstelle. Wird das Messobjekt oder alternativ
der Sensor bewegt, kann über diese weitere Dimension auch ein dreidimensionales Profil des Objektes erzeugt werden.
1. Laser-Punkt-Triangulation:
dynamisch und flexibel
Die Laser-Triangulationssensoren zählen zu
den optischen Standardmessverfahren. Die
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 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 (s. Infokasten S. 15)
von Micro-Epsilon können die Intensitätsänderungen in Echtzeit geregelt werden. Das
optische Prinzip erlaubt je nach Bauart Messabstände von einigen mm bis über 1 m. 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. Neben analogen stehen digitale Schnittstellen zur direkten Anbindung in
bestehende Umgebung 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.
2. Laser-Linien-Sensoren:
Qualitätsmessung mit Profil
Im laufenden Fertigungsprozess werden nicht
nur eindimensionale Größen (Materialdicke,
Vibrationen und Abstand) ermittelt, sondern
auch eine mehrdimensionale Qualitätskontrolle (Profil- und Konturmessung) durchgeführt.
Hier punktet die berührungslose optische
Messtechnik mit Genauigkeit, Messgeschwin-
digkeit und Flexibilität in Hinsicht auf die Messobjektoberfläche. Die Laser-Profil-Scanner
führen komplexe 2D/3D-Messaufgaben durch.
Hier greift das Prinzip der Laser-Linien-Triangulation (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 Mio. Punkte
pro Sekunde erfasst werden. Dank dem integriertem Controller sind die Laser-Scanner
Ausgabe 08
13
Sensorik
Schwerpunkt
Expertenrunde
Wie schätzen Sie die zukünftige Entwicklung der lasertriangulationsbasierten Messtechnik ein?
14
Erich
Winkler
Dipl.-Ing. Christian
Kämmerer, MBA.
Dipl.-Inf. Achim
Sonntag
Produktmanager
optoNCDT
Produktmanager
scanCONTROL
Abteilungsleiter
Anlagen/Systeme
In vielen Prozessen müssen geometrische Grö­
ßen kontinuierlich und hochgenau überwacht
werden. Dazu eignen sich Micro-Epsilon Laser­
triangulationssensoren aufgrund des präzisen
optischen Messverfahrens und der einfachen
Integration über verschiedene Bussysteme beson­
ders gut.
Durch echtzeitfähige Schnittstellen wie z.B.
EtherCAT wird sich die Lasertriangulation in der
Automatisierungstechnik weiter durchsetzen.
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.
Bei der Profildickenmessung im Walzwerks- und
Finishingbereich der Metallindustrie ist mit dem
Schritt vom punktförmigen Triangulationslaser
hin zum Laserliniensensor ein enormer Techno­
logiesprung gelungen. Mit der Nutzung des
höheren Informationsgehalts der Linie lassen
sich im Vergleich zum Punktsensor größere
Mess­
bereiche mit höherer Präzision realisieren,
steigt die Robustheit der Anlage in der rauen
Industrieumgebung und ergibt sich die Möglichkeit
zusätzliche Merkmale messtechnisch zu erfassen.
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 scanCONTROL wird
eingesetzt zur Profil- und Konturmessung im
laufenden Fertigungsprozess von endlos produzierten Erzeugnissen (Extrusion, Walzen, Ziehen, etc.) oder von einzelnen Teilen (Stückgut).
Spaltmessung
Speziell für die berührungslose Spaltenmessung wurde der gapCONTROL Laserscanner
entwickelt. Dieser Sensor basiert ebenfalls auf
der Technologie der Laserlichtschnittsensoren, greift aber auf ein völlig neues Auswerteverfahren zurück. Der Laser-Linien-Triangulator
gapCONTROL unterstützt den Anwender bei
Schweißvorgängen, Messen von Bündigkeit,
Überlappung, Annäherung, Höhenversatz
usw. 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.
Typische Anwendungen:
ƒƒProfilerfassung an Reifen, Drehteilen,
Bahnschienen
ƒƒRoboterführung (Schweißnähte,
Fügeprozesse)
ƒƒKoplanaritätsmessung an elektronischen
Bauteilen
ƒƒEbenheitsmessung an Blechbändern
(Wölbungen, Schnitt- oder Stanzgrate)
ƒƒAusrichten des Türspalts in der
Automobilfertigung
ƒƒMessung der Breite und Tiefe von Nuten
Mit dem Tool gapCONTROL Setup Software
wird der Sensor schnell auf die Messaufgabe
eingestellt. Je nach Spaltart stehen nur die nötigen Parameter zur Verfügung, um die Einstellungen so einfach wie möglich zu halten. Die
Software kann auch ohne Scanner in vollem
Umfang getestet werden. Standard Ausgänge des Sensors sind FireWire, Ethernet oder
RS422. Weitere Ausgangsarten stehen über
die Output-Unit zur Verfügung.
Auf alles achten
Grundsätzlich ist keine pauschale Aussage
darüber möglich, ob ein Objekt mit LaserScanner messbar ist oder nicht. Der Erfolg der
Messung ist immer davon abhängig, welche
Parameter gemessen werden sollen und unter welchen Umständen die Messung erfolgen
soll. Deshalb ist eine Beurteilung der Realisierbarkeit von Objekt zu Objekt neu zu treffen. Der Erfolg einer Messung ist z. B. davon
abhängig, wieviel Zeit für eine Messung zur
Verfügung steht. Je langsamer ein Objekt den
Laserstrahl passiert, desto mehr Zeit steht zur
Datenaufnahme zur Verfügung. Demzufolge
kann auch keine pauschale Aussage getroffen werden, ob Messungen, die im statischen
Zustand brauchbare Ergebnisse geliefert haben, auch im dynamischen Zustand verwendbar sind. Die Qualität des Ergebnisses hängt
ebenfalls davon ab, welche Reflexionseigenschaften das Messobjekt hat. Je nachdem,
wie stark absorbierend oder reflektierend
das Messobjekt ist, können mehr oder weniger gute Daten gewonnen werden. Auch das
zugrundeliegende Material ist für den Erfolg
der Messung verantwortlich. Als letzter Faktor
für den Erfolg steht die Kontur, bei der durch
mögliche Abschattungen oder Mehrfachrefle-
Ausgabe 08
Schwerpunkt
lung. Sie liefern damit langfristig zuverlässige
Daten, ohne Folgekosten zu generieren. Systeme und Anlagen der Familie thicknessCONTROL TTP 8301 verfügen durch patentierte
Linearisierungsverfahren über Präzisionen, die
auch zukünftigen Ansprüchen des Reifenbaus
gerecht werden.
xionen das Profil Fehlstellen oder unbrauchbare Profilpunkte aufweisen kann. Diese grundlegenden Faktoren können das Messsignal
essentiell beeinflussen und Fehlstellen oder
Ausreißer zur Folge haben.
Die richtige Einstellung
Trotz all dieser kritischen Faktoren kann aus
einem schwierig auszuwertenden Signal mit
Ausreißern und Fehlstellen ein durchgängiges
Signal mit deutlich erkennbarem Oberflächenprofil erstellt werden. Dies erreicht man durch
die individuelle, richtige Einstellung des Sensors, die auf das Messobjekt abgestimmt ist.
Mit verschiedenen Filtern und Einstellungen
der Belichtungszeit können häufig mangelhafte Signale in einer zweiten Messung soweit verbessert werden, dass am Ende eine nutzbare
Information zur Verfügung steht. Beispielsweise wird die Messung eines bewegten, schwarzen Gummiobjekts mit kurzer Belichtungszeit
ein eher unbrauchbares Profil liefern (da unterbelichtet), als wenn das Objekt nicht bewegt
wird und dadurch eine längere Belichtungszeit
über das ganze Profil möglich ist.
Erfassung großer Messbereiche
Ein Nachteil aller hochauflösenden Messmethoden ist, dass sie lediglich kleine Messfelder
aufweisen. Standardmäßige Laserlinien-Triangulationsgeräte, die etwa 10 μm Auflösung
erreichen, haben einen Messbereich von ungefähr 2 cm. Bei anderen Sensoren sieht es
ähnlich aus. Damit können Wendeschneidplatten, Bohrer, Fräser und andere Werkzeuge
mit ähnlichen Dimensionen vermessen werden, aber keine Objekte, die einige Dezimeter
groß sind. Um große Messbereiche erfassen
zu können, sind Mechaniken nötig, die das
kleine Messfeld einer hochgenauen Sensorik
über das Messobjekt verfahren. Da die Positioniergenauigkeit einer gängigen Mechanik viel
zu ungenau ist, muss diese von einem inkrementalen Wegmesssystem bestimmt werden.
3. Mess- und Prüfsysteme:
Präzisionsverbund
Die einzelnen Triangulationssensoren werden
in den Messsystemen z.B. für die Dickenmessung von Metallen eingesetzt. Die LaserProfil-Sensoren messen zuverlässig auch auf
verkipptem und welligem Metallband. Im Unterschied zu den radiometrischen Systemen
und Isotopenverfahren bietet die Laserlinie
hohe Ortsauflösung bis zum Rand. Der kleine
Messpunkt ermöglicht erstmalig Messungen
einzelner Streifen hinter Längsteilscheren.
Sensorik
Inspektion der Reifengeometrie
Die Systeme der Familie TGI 8302.LLT sind
mit drei applikationsspezifischen Triangulationslaserscannern ausgerüstet. Sie erfassen
die radiale und axiale Unwucht und erkennen
unzulässige Beulen und Einschnürungen am
Reifen. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag zu mehr Zuverlässigkeit und Qualität, bei
der Herstellung einer der Komponenten mit
der höchsten Sicherheitsrelevanz im Automobil und Nutzfahrzeugbau.
Außerdem kann durch das Messprinzip an der
Bandoberfläche unabhängig von Legierungen
gemessen werden.
Dickenmessung von Laufflächen
und Seitenwänden
Die Systeme der Reihe TTP 8301 arbeiten auf
Basis des Lichtschnittverfahrens, bzw. traversierender Triangulation. Sie sind in Form von
O-Rahmen aufgebaut und generieren bei der
berührungslosen Messung der Geometrie von
Gummibahnen vortreffliche Resultate. Sie leisten damit einen wichtigen Beitrag zu hoher
Qualität und effizienter Prozessregelung in
der Reifenproduktion. Die Systeme arbeiten
im Differenzbetrieb, d.h. aus zwei Abstandssignalen wird die Dicke des Materials ermittelt.
Während beim TTP 8301.I eine Laserlinie auf
das Material projiziert wird, welche dann mit einer Kamera aufgenommen wird, ist im System
TTP 8301.CT je ein Wegsensor im Unter- und
Obergurt des O-Rahmens auf einem Schlitten
integriert. Aus dem Abstand der Sensor- bzw.
Kameraanordnungen zueinander und der
Summe ihrer Signale resultiert die Dicke des
zu messenden Material
Neben einer vollautomatischen in-situ Kalibration verfügen die Systeme über temperaturinvariante Kompensationselemente, mit
deren Hilfe die Unabhängigkeit der Messung
von Temperatureinflüssen gegeben ist. Damit
sind sie prädestiniert für den Einsatz in rauher
Industrieumgebung und sind außerdem in der
Lage ihre Präzision zu jedem Zeitpunkt inline
nachzuweisen. Alle eingesetzten Sensortechnologien messen berührungslos, verschleißfrei und ohne Isotopen- oder Röntgenstrah-
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 Besonderheiten, Vorteile und Einschränkungen, die berücksichtigt
werden müssen. Einfache Sensoren für Standardanwendungen können nach Katalog oder
im Internet ausgewählt und bestellt werden.
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.
Real Time Surface Compensation (RTSC)
Einzigartige Eigenschaft der Serien optoNCDT
1700, 1810, 2200 und 2220. Mit dieser Funktion
wird der Reflexionsgrad des Messobjekts
während der laufenden Belichtung gemessen
und in Echtzeit ausgeregelt. Selbst bei einem
Oberflächenwechsel von Schwarz auf Weiß zeigt
das Signal keine sprunghaften Änderungen
oder falsche Daten.
Ausgabe 08
15
Sensorik
Schwerpunkt
Präzision hoch fünf
Die wichtigsten lasertriangulationsbasierten Sensoren und Messsysteme
Der Schnelle
optoNCDT 1630
Der Außergewöhnliche
optoNCDT 1700BL
Der Problemlöser
optoNCDT 2300LL
Der analoge Laser-Punkt-Sensor der Baureihe optoNCDT 1630 ist besonders für
schnelle Messungen von Weg, Abstand
und Position geeignet. Die Baureihe LD
1630 erreicht eine maximale Grenzfrequenz von 100 kHz. Zur optischen Anpassung an variierende Messobjektoberfläche verfügt die Baureihe über eine
automatische Lichtstärkenregelung. Mit
dem Universalcontroller CSP 2008 können
mehrere Sensoren zu Messsystemen (z.B.
für Dickenmessung) erweitert werden.
Die
Laser-Punkt-Sensor
optoNCDT
1700BL mit der Blue-Laser-Technik misst
präzise und zuverlässig auf glühende
Metalle und glühendes Silizium. Der blauviolette 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 bzw. weist eine deutlich bessere
Stabilität auf.
Anstelle des herkömmlichen Laserpunkts
projiziert der Laser-Sensor der Serie optoNCDT 2300LL eine winzige Laserlinie
auf die Messobjektoberfläche. Dank dieser Laserlinie eignet sich der optoNCDT
2300LL besonders für präzise Weg- und
Abstandsmessungen auf glänzende sowie poröse und raue Oberflächen. Die
hohe Messrate von bis zu 49 kHz erlaubt
es, in schnellen Prozessen zuverlässig zu
messen. Die Parametrierung des Lasersensors erfolgt über ein Webinterface, das
über die Ethernet-Schnittstelle angesprochen wird.
Details
Details
ƒƒGrenzfrequenz max. 100 kHz
ƒƒMessbereiche: 0,5 bis 50 mm
ƒƒLinearität max. 1 µm
ƒƒAuflösung max. 0,02 µm
ƒƒEthernet- & Analog-Schnittstellen
ƒƒKompakte Bauform
ƒƒSoftware-Tool zum Auslesen der
Messwerte
ƒƒMessbereich: 20 bis 1000 mm
ƒƒLinearität max. 16 µm
ƒƒAuflösung max. 1,5 µm
ƒƒEinstellbare Messrate bis 2,5 kHz
ƒƒAnalog- und Digitalausgang
ƒƒIntegrierter Controller
ƒƒReal-Time-Surface-Compensation
ƒƒFrei programmierbare Grenzwertschalter
Anwendung
ƒƒVibrationsmessung
ƒƒCrashtests
ƒƒPrüfanlagen für Schwingungselemente
ƒƒPositionskontrolle von Kolben
ƒƒPlanheitskontrolle
Link zum Produkt:
http://bit.ly/1ghJY97
16
Ausgabe 08
Anwendung
ƒƒFür glühendes Metall (bis 1600°C),
Silizium (bis 1150°C) sowie organische
Stoffe
Details
ƒƒMessbereich: 2 bis 50 mm
ƒƒLinearität max. 0,6 µm
ƒƒAuflösung max. 0,03 µm
ƒƒEinstellbare Messrate bis 49,02 kHz
ƒƒSchnittstellen: Ethernet, EtherCAT,
RS422 und analog
ƒƒAdvanced Real-Time-SurfaceCompensation
ƒƒIntegrierter Controller
ƒƒKomfortables Webinterface
Anwendung
ƒƒMessungen gegen glänzende und
strukturierte Oberflächen.
Video:
Messprinzip BlueLaser-Triangulation
http://bit.ly/1nZcBOS
Link zum Produkt:
http://bit.ly/OaIpnq
Schwerpunkt
Der Automatisierer
scanCONTROL 2900
Das 24/7-Messsystem
thicknessCONTROL MTS 8201
Der Laser-Linien-Sensor scanCONTROL
2900 mit integriertem Controller ist in einem 380g-leichten Aluminiumgehäuse
untergebracht. Der nur zigarettenschachtelgroße Sensor besticht mit großem
Funktionsumfang: Bis zu 4000 Profile pro
Sekunde werden an den PC zur Weiterverarbeitung übertragen. Gleichzeitig können
die digitalen Eingänge zur Synchronisation, Triggerung oder als Encodereingang genutzt werden. scanCONTROL
2600/2900 eignet sich besonders für Anwendungen, die ein geringes Sensorgewicht voraussetzen.
Die Systeme der Reihe MTS 8201 sind
als O-Rahmen aufgebaut und beeindrucken in der Dickenmessung vor allem bei
großen Materialbreiten durch ihre Stabilität und Genauigkeit. Bei ihrem Einsatz in
Walzwerken und Servicecentern liefern sie
für die Regelung der Produktion sowie in
der Qualitätskontrolle Messergebnisse mit
höchster Präzision. Die Systeme arbeiten
traversierend im Differenzbetrieb, d.h. im
Unter- und Obergurt des O-Rahmens ist
jeweils ein applikationsspezifischer Wegsensor (Laser-Punkt-Sensor, Laser-Scanner, kapazitiver Sensor) auf gekoppelten
Schlitten integriert.
Details
ƒƒSehr kompakt und hochgenau
ƒƒElektronik komplett integriert
ƒƒEthernet GigE-Vision / RS422
ƒƒDirekte Einbindung in SPS
ƒƒMessrate bis zu 2.560.000 Punkte/sec
ƒƒBis zu 1280 Punkte/Profil
Anwendung
ƒƒModerne Fertigungslinien
ƒƒBefestigung am Roboterarm
Video:
Laser-Linien-Triangulationssensor
http://bit.ly/OaIuHC
Aus der Differenz des Abstands der Sensoren zueinander und der Summe ihrer
Signale resultiert die Dicke des zu messenden Materials. Auf den traversierenden
Schlitten befinden sich ferner Hochgeschwindigkeits-Lasertaster, um die Breite
des Materials (in Spaltanlagen auch die
Breiten der einzelnen Ringe) zu messen.
Neben einer vollautomatischen Kalibrierung verfügen die Systeme optional über
temperaturinvariante Kompensationsrahmen, mit deren Hilfe die Unabhängigkeit
der Messung von Temperatureinflüssen
gegeben ist. Damit sind sie prädestiniert
für den Einsatz in rauer Industrieumgebung und sind außerdem in der Lage ihre
Präzision zu jedem Zeitpunkt inline nachzuweisen.
Sensorik
Alle eingesetzten Sensortechnologien
messen berührungslos, verschleißfrei und
ohne Isotopen- oder Röntgenstrahlung.
Sie liefern damit langfristig zuverlässige
Daten, legierungsunabhängig und ohne
Folgekosten zu generieren.
Details
ƒƒMaterialbreite bis 4000 mm
ƒƒMaterialdicke von <1 mm bis 200 mm
ƒƒMessgenauigkeit ab ±5 μm
Anwendung
ƒƒMessung des Dickenprofils in
ƒƒWarm- und Kaltwalzwerken
ƒƒSpaltanlagen
ƒƒBeschichtungsanlagen
ƒƒBiegeanlagen
ƒƒZiehanlagen
ƒƒRicht- und Schneidanlagen
Video:
Berührungslose Dickenmessung von Aluminium
http://bit.ly/1lDb7Z9
Ausgabe 08
17
Sensorik
Im Visier
Freie Kapazitäten
in der Sensorik
18
Ausgabe 08
Im Visier
Sensorik
Physikalische Grundlagen
des kapazitiven Messprinzips
Das kapazitive Messprinzip gehört zu den klassischen Verfahren der
industriellen Weg-, Abstands- und Positionserfassung. Die kapazitiven Sensoren
arbeiten berührungslos, verschleißfrei und nanometergenau und werden in
unterschiedlichsten Branchen eingesetzt: nicht nur in der Produktion, sondern
auch im Labor und Operationssaal.
Das Messprinzip
Beim kapazitiven Messprinzip bilden Sensor und Messobjekt „Platten“ eines idealen
Kondensators: Durchfließt ein Wechselstrom
mit konstanter Frequenz und Amplitude den
Sensorkondensator, so ist die Amplitude der
Wechselspannung am Sensor proportional
dem Abstand zum Messobjekt.
Das kapazitive Messprinzip. Der Schutzring
erzeugt ein deutlich homogeneres Messfeld als es
ohne Schutzring der Fall wäre.
Kapazitive Sensoren zählen zu den präzisesten Messsystemen überhaupt - es werden
Auflösungen von weit unter einem Nanometer
erzielt. Da thermisch bedingte Leitfähigkeitsänderungen des Messobjekts keinen Einfluss
auf die Messung haben, ist das Prinzip auch
bei starken Temperaturschwankungen stabil.
Im Messprozess kann sich das Feld auch
seitlich der Elektrode ausbreiten. In diesem
Fall konnte eine fehlerhafte Abstandsinformation vermittelt werden. Um diesen Randeffekt zu vermeiden, wird um die Elektrode
ein Schutzring montiert. Er dämmt das Feld
ein und erzeugt ein homogenes Messfeld.
Die vom Schutzring ausgehenden Feldlinien
werden bei der Messung nicht berücksichtigt.
Dadurch wird eine lineare Kennlinie erreicht.
Hohe Messpräzision setzt bestimmte Messbedingungen voraus: Die Umgebung muss
sauber und trocken sein, da Änderungen des
Materials zwischen Sensor und Messobjekt
eine empfindliche Auswirkung auf das Signal
haben. Ebenfalls ist auf die relativ geringe Kabellänge zwischen Sensor und Controller zu
achten. Beim Standardgerät mit integriertem
Vorverstärker ist sie mit 1 m definiert (je nach
Modell sind bis 3 m möglich). Mit einem externen Vorverstärker sind zusätzlich bis zu 20 m
Abstand zwischen Controller und Vorverstärker möglich. Soll der Sensor einen Messbereich von mehreren Millimetern aufweisen,
steigt die Größe der Sensorgeometrie immer
schneller.
Als elektromagnetisches Verfahren misst ein
kapazitives Messsystem auf alle Metalle mit
stabiler Empfindlichkeit und Linearität. Für eine
konstante Messung ist eine gleichbleibende
Dielektrizitätskonstante zwischen Sensor und
Messobjekt eine wichtige Voraussetzung, da
das Messsystem empfindlich auf Änderungen
des Dielektrikums im Messspalt reagiert. Kapazitive Sensoren messen auch gegen Isolatorwerkstoffe, da diese als geändertes Dielektrikum erfasst werden.
Software, hinzufügen oder entfernen. Der neue
Controller besitzt eine Ethernet- und EtherCATSchnittstelle; die Bedienung erfolgt per WebOberfläche. Wie bei den früheren Modellen,
können alle kapazitiven Wegsensoren von
Micro-Epsilon ohne weitere Kalibrierung an
den Controller angeschlossen werden. Um die
Genauigkeit der Messergebnisse zu erhöhen,
können kundenspezifische Kennlinien abgespeichert werden.
Zusammenfassung
Kapazitive Sensoren werden überall dort eingesetzt, wo präzise und stabile Ergebnisse ge­fordert werden. Sie werden verwendet um Vibrationen, Auslenkung, Ausdehnung, Weg, Durchbiegung, Verformung, Dicke u.a. zu messen.
Kontakt:
Dipl.-Ing. Stefan Stelzl
Produktmanager
capaNCDT
[email protected]
Kapazitiver Controller nach Baukastenprinzip
Für den flexiblen Einsatz der kapazitiven Sensoren, stellte der Sensorikspezialist Micro-Epsilon einen neuen Controller capaNCDT 6200
vor, der auf bis zu 4 Messkanäle erweitert
werden kann. Die zusätzlichen Kanäle kann
der Benutzer selbst, ohne Einschränkungen in
der Leistungsfähigkeit und Bedienbarkeit der
Ausgabe 08
19
Sensorik
Messe-Highlights
Spindelwachstum berührungslos erfassen
Werkzeugmaschinenbau I Um
die Positionsfehler in einer Werkzeugmaschine zu minimieren,
misst
der
Wirbelstromsensor
die thermische Ausdehnung der
Hochfrequenzspindel.
Als Herzstück einer Werkzeugmaschine entscheidet die Spindel
über die Maßhaltigkeit und die
Oberflächengüte des zu bearbeitenden Werkstücks. Hohe Drehzahlen und Wärmeentwicklung
führen zur axialen Ausdehnung der
Werkzeugspindel und dem daraus
resultierenden Positionsfehler bei
der Werkstückbearbeitung. Der
neue Miniatur-Wirbelstromsensor
eddyNCDT SGS 4701 erfasst die
thermische und zentrifugalkraftbedingte Ausdehnung von Hochfrequenzspindeln mittels Messung
auf den Labyrinth-Ring.
Die Messwerte fließen als gesetzter Offset in die CNC-Steuerung
ein und kompensieren den Positionsfehler. Die Miniatur-Sensor-
Modelle haben die Abmessungen
von 4,5 x 10 x 12 mm³ oder 4 x 4
x 10 mm³ und können zusammen
mit dem Controller in die Werkzeugspindel integriert werden. Zur
einfachen Handhabung und um
möglichst hohe Genauigkeiten zu
erreichen, wird das eddyNCDT
SGS 4701 werkseitig auf ferromagnetische oder nicht-ferromagnetische Werkstoffe des Kunden
kalibriert.
Zur Temperaturkompensation des
eddyNCDT SGS 4701 wird über
den Widerstand der Wirbelstromspule die Temperatur des Sensors
erfasst. Dieses Signal wird auch
dem Kunden zur Verfügung gestellt und man kann evtl. auf eine
zusätzliche Temperatur-Sensorik
verzichten. Dank Einbaukompatibilität zum Vorgängermodell ist
die neue miniaturisierte Sensorik
jederzeit nachrüstbar. Der OEMbasierte Sensor ist ab sofort als
Katalogprodukt erhältlich.
Die wirtschaftliche Abstandspräzision
Automatisierung I Ein neuer kapazitiver Controller verbindet Vorteile der präzisen Messtechnik mit
niedrigen Kosten. Durch die kleine
Baugröße und einfache Bedienung eignet sich das capaNCDT
6110 für die Weg-, Abstands- und
Positionsmessung in den verschiedensten Branchen vom Prüfstand
bis zur Automatisierung.
Das neue capaNCDT 6110 ist das
Nachfolgeprodukt des capaNCDT
6100. Der kompakte Controller
besticht durch hohe Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig niedrigen
Kosten. Daher ist er besonders für
OEM- und Serienanwendungen
geeignet. Das System bietet eine
Auflösung von 0,015% d.M. bei
einer Bandbreite von 1kHz. Das
20
Ausgabe 08
Standardmodell ist ab Lager verfügbar. Das capaNCDT 6110 ist
kompatibel mit allen Sensoren der
capaNCDT-Produktserie.
Die kapazitive Wegmessung gehört zu den präzisesten Messverfahren der berührungslosen Wegmessung: Dabei bilden der Sensor
und das Messobjekt die „Elektroden“ eines idealen Plattenkondensators. Die Abstandsänderung der
Platten beeinflusst die Gesamt-
kapazität des Systems. Über die
Amplitude der Wechselspannung
am Sensor wird der Abstand zum
Messobjekt proportional bestimmt.
Typische Anwendungsgebiete des
capaNCDT 6110 sind Automatisierung,
Halbleiterproduktion,
Maschinenbau, Medizin und Prüfstandstechnik.
Zu sehen auf:
HANNOVER MESSE
07.04.2014 - 11.04.2014
Halle 9 / Stand D05
Control / Stuttgart
turboSPEED DZ140:
störsicher bis 285 ºC
Motorentwicklung I Das neue wirbelstrombasierte Sensorsystem erfasst die Drehzahl von Turboladern
im Prüfstand und Fahrversuch. turboSPEED DZ140 ist optimiert für
dünne Turbinenradschaufeln aus
Alu­minium oder Titan. Das System
ist temperaturstabil und extrem sicher gegen Störungen.
Mit dem turboSPEED DZ140
wurde die dritte Generation der
Turbolader-Drehzahlmessung
auf Wirbelstrombasis etabliert.
Das Sensorsystem eignet sich für
Drehzahlmessungen von 200 bis
400.000 U/min.
Der im Durchmesser nur 3 mm
große Sensor erreicht höchste
Störfestigkeit unter schwierigen
Prüf­standsbedingungen. Die inte­
grierte Temperaturmessung erfasst unter anderem auch die tatsächliche Umgebungstemperatur
am Sensor.
06.05.2014 - 09.05.2014
Halle 1 / Stand 1304
Sensor+Test / Nürnberg
03.06.2014 - 05.06.2014
Halle 12 / Stand 337
Gerade gegenüber optischen
Drehzahlmesssystemen ist dies
ein entscheidender Vorteil, da
somit kontinuierlich hochgenaue
Messergebnisse erzielt werden.
Das durchdachte Konzept ermöglicht zudem einen einfachen Sensortausch ohne Einstellarbeiten.
turboSPEED DZ140 bietet im Vergleich zu anderen WirbelstromDreh­
zahlmesssystemen eine um
Faktoren höhere Störsicherheit.
Das Messsystem DZ­
140 ist resistent gegen Öl und Schmutz.
Die Betriebstemperatur des Mini­­Sensors beträgt bis 285 °C.
Laser-Scanner macht blau
Automatisierung I Die Laser-Pro­fil-Scanner der Baureihe scanCONTROL wurden um zwei Modelle mit blauer Laserdiode erweitert: scanCONTROL 26xx/BL und
29xx/BL.
Die Technologie verwendet Laserdioden mit einer kurzen Wellenlänge von 405 nm. Die besonderen Eigenschaften dieses
Wellenlängenbereiches
ermöglichen den Einsatz unter bisher
unmöglichen Bedingungen. Auch
werden Messungen an Oberflächen möglich, deren Reflektions­
eigenschaften oder Transparenz
viele optische Messungen eigentlich ausschließen würden.
Die Modelle scanCONTROL 26xx/
BL und 29xx/BL bieten die gleichen
herausragenden Eigenschaften,
die auch die scanCONTROL 26xx
und 29xx mit roter Laserdiode auszeichnen: In der besonders kompakten Bauform ist die komplette
Kontrolleinheit integriert. Dies ermöglicht den Einsatz in komplexen
Maschinen, die nur wenig Platz für
Sensorik lassen.
Rot glühende Metalle:
Das rote Glühen blendet rote
Profilscanner in der Regel. Blaue
Scanner stört das hingegen nicht.
Profilfrequenzen von bis zu 4000
Hz schaffen die Grundlage für
die Nutzung in Hochgeschwindigkeitsanwendungen, beispielsweise
zur Schienenvermessung auf fahrenden Zügen montiert. Dabei sind
verschiedene Messbereiche von
25 mm bis zu 140 mm Laserlinienlänge verfügbar.
(Halb-)transparente Materialien:
Durch die kurze Wellenlänge dringt
die blaue Laserlinie deutlich geringer in die Oberfläche ein, als die
rote
Zur Messwertübertragung steht
eine Ethernet- (UDP, Modbus) und
eine serielle Schnittstelle (RS422,
Modbus) zur Verfügung. Außerdem können analoge Signale oder
digitale Schaltsignale über eine
Output-Unit ausgegeben werden.
Organische Materialien:
Auch hier zeigt sich ein deutlich
geringeres Eindringverhalten des
blauen Lasers und damit höhere
Messgenauigkeit.
Anwendungen und Materialien, für
die die blauen Laserprofilscanner
scanCONTROL 26xx/BL und 29xx/
BL besonders geeignet sind:
Ausgabe 08
21
Sensorik
Engagement
Digitale Ortskampagne
Die Ortenburger Unternehmen Micro-Epsilon Messtechnik, R. Scheuchl, Niederbayerische Schotterwerke Rieger & Seil, Sonnleitner Holzbauwerke und Kason starten
die Initiative „Leben-in-Ortenburg.de“, um
die Marktgemeinde Ortenburg als offenen,
lebenswerten und wirtschaftstarken Ort zu
präsentieren.
Ziel der Initiative ist es, durch eine positive Außendarstellung insbesondere den Zuzug von
Fachkräften mit deren Familien zu fördern.
„Durch diesen Zuzug wird es möglich, dem
demographischen Wandel entgegenzuwirken
und damit die zahlreichen Angebote in der
Marktgemeinde weiter auszubauen. Davon
profitiert die gesamte Gemeinde – Gewerbetreibende wie auch Privatleute.“ erläutert Dr.
Thomas Wißpeintner die Motivation der Initiatoren von „Leben-in-Ortenburg.de“. Ortenburg bietet laut den Initiatoren für seine Größe
ein hervorragendes Angebot in den Bereichen
Kinderbetreuung, Schulen, Kunst, Kultur, Kir-
22
che, Freizeit, Gastronomie, Einzelhandel und
Vereinsleben. Attraktives Bauland, zukunftssichere Arbeitsplätze von Handwerk bis Hightech, Mehrgenerationenleben und eine offene
Willkommenskultur mit konkreter Unterstützung durch die Gemeindeverwaltung runden
das Angebot für interessierte Familien ab.
Die neue Internetseite www.leben-in-ortenburg.de beinhaltet Imagefilm, regionale Stellenbörse und Immobilienmarkt, sowie Kurzprofile von Ortenburger Gewerben, Vereinen,
öffentlichen Einrichtungen und Institutionen.
Ortenburger Gewerbetreibende und Bürger
können sich kostenlos auf der Webseite registrieren und ihre Angebote in Form von Kurzprofilen, Stellen- und Immobilienangeboten
auf der Seite darstellen.
gewährleistet werden. Das Angebot bietet somit allen Bürgern die Möglichkeit, sich an der
positiven Darstellung der Marktgemeinde Ortenburg nach innen und außen zu beteiligen.
www.leben-in-ortenburg.de
Die Außenwirkung und Verbreitung des Angebotes soll über soziale Medien, Verteilung von
Flyern sowie durch Verlinkung auf den Webseiten der teilnehmenden Gewerbetreibenden
Video:
Willkommen in Ortenburg!
http://bit.ly/1qC32YE
Vorlesung an der HS Esslingen
Integrationskalender
Der Produktmanager für Farbsensorik bei Micro-Epsilon Eltrotec, Joachim Hueber, hat im Wintersemester 2013/2014 im Rahmen der Vorlesung „Messtechnik“ mehrere Vorträge an der Hochschule Esslingen
gehalten. Anhand der Farberkennung sollte den Mechatronik- und Elektrotechnik-Studenten die praktische Anwendung der optischen Messtechnik näher gebracht werden.
Die VHS-Passau hat zusammen mit niederbayerischen Unternehmen,
unter anderem auch Micro-Epsilon, einen interkulturellen Kalender gestaltet. Jeden Monat erzählen deutsche und ausländische MitarbeiterInnen Geschichten von erfolgreicher Integration.
Ausgabe 08
Chronik
Sensorik
Messeauftritt damals ... und heute
Seit 1968 Jahren löst Micro-Epsilon Messtechnik die schwierigsten Aufgaben für die Messung von Weg, Abstand, Position und Temperatur.
Ausschlaggebend für die Vermarktung sind vor allem – damals und heute – Messeauftritte im In- und Ausland.
Trotz der zunehmenden digitalen Kommunikation wird bei Micro-Epsilon der direkte Kontakt zum Kunden auf einer Messe geschätzt. Hier können
Messaufgaben in Detail besprochen werden und konkrete Anfragen angeschlossen werden.
1985
1977
1977 Einer der ersten Messestände auf der Interkama
2013
1985 stellte Micro-Epsilon zum erstem Mal auf der
weltweitgrößten Industriemesse, der Hannover Messe
aus. Aufgrund der hohen Resonanz wird bis heute auf der
Hannover Messe ausgestellt.
2013 auf der SPS/IPC/Drives präsentiert Micro-Epsilon
seine Sensorik-Neuheiten auf einem 100 m2 großen Stand.
Branchenindex
Automatisierung.......................... 5, 11, 20, 21
Automotive........................... 4, 6, 8, 9, 10 , 21
Botanik.......................................................... 6
F&E................................................................ 6
Metallproduktion................................... 15, 17
Werkzeugmaschinenbau............................ 20
Produktindex
capaNCDT Kapazitive Wegsensoren............................................................................................ 18
colorSENSOR Universelle Farbsensoren................................................................................. 8, 22
CSP2008 Universallcontroller für bis zu 6 Sensoren..................................................................... 11
gapCONTROL Laser-Profilsensoren zur Spaltmessung........................................................ 10, 12
eddyNCDT Wirbelstrom-Wegsensoren......................................................................................... 20
ELTROTEC Technische Endoskope............................................................................................... 6
optoCONTROL Hochauflösende optische Präzisions-Mikrometer................................................ 5
optoNCDT Abstands- und Positionssensoren nach dem Laser-Triangulationsverfahren. 9, 12, 16
scanCONTROL 2D/3D Laser-Profilsensoren............................................................... 1, 12, 16, 21
thicknessCONTROL Dickenenmesssysteme für versch. Branchen....................................... 15,17
turboSPEED Drehzahl-Messystem für Turbolader....................................................................... 21
Ausgabe 08
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