AUTOMATISIERUNG » Sensoren & Messtechnik Konfokal-chromatische Sensorsysteme der nächsten Generation Messung auf den Punkt beherrscht komplexe Oberflächen Konfokal-chromatische Sensoren haben sich als wegweisende Technologie in der industriellen Messtechnik etabliert, um präzise und berührungslose Messungen an Oberflächen vorzunehmen. Von Vorteil ist insbesondere die „punktweise Messung“, bei der durch die Fokussierung auf einen Punkt störende Reflexionen und Streuungen minimiert werden können – was bei komplexen Oberflächen von großer Bedeutung ist. Die Sensorsysteme confocalDT 2410 und 2415 sowie der Controller confocalDT 2411 von Micro-Epsilon eröffnen hier eine neue Sensorgeneration – und bieten eine hohe Leistungsstärke bei kompakter Bauweise. Dr.-Ing. Alexander Streicher, Produktmanager Sensorik, Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG, Ortenburg Bild: Micro-Epsilon Das Displayglas von Smartphones stellt eine messtechnische Herausforderung dar, die sich mit konfokal-chromatischen Sensoren lösen lässt. Das konfokal-chromatische Messprinzip wird in der industriellen Messtechnik gezielt genutzt, um sehr präzise und berührungslose Messungen an Oberflächen vorzunehmen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Messverfahren ermöglichen konfokal-chromatische Sensoren eine fokussierte Betrachtung des Messobjekts, wodurch eine besonders hohe Auflösung und Genauigkeit erreicht wird. Ein grundlegendes Merkmal konfokalchromatischer Sensoren ist deswegen die sogenannte „punktweise Messung“: Diese Methode erlaubt es, einzelne Punkte auf der Oberfläche eines Werkstücks mit hoher lateraler Auflösung präzise zu erfassen. Durch die Fokussierung auf einen Punkt kann der Sensor störende Reflexionen und Streuungen minimieren, was insbesondere bei komplexen Oberflächen von großer Bedeutung ist. Die Einsatzmöglichkeiten konfokaler Sensoren in der industriellen Automation sind äußerst vielfältig. Ob Qualitätssicherung, Abstands- und (Mehrschicht-)Dickenmessung oder Oberflächenprüfung – die präzisen Messergebnisse liefern die Grundlage für effiziente und fehlerfreie Fertigungsprozesse. Etabliert haben sich konfokal-chromatische Sensoren insbesondere in Branchen wie der Automobilindustrie, der Halbleiterfertigung, der Glas- und Kunststoffindustrie sowie der Elektronikproduktion. Vorteile konfokalchromatischer Sensoren An erster Stelle bei den Vorteilen konfokal-chromatischer Sensoren ist die berührungslose Messung (Non-Contact- Messung) zu nennen, die ohne Einfluss auf das Messobjekt erfolgt. Dadurch erhöhen sich Lebensdauer sowie Produktqualität. Des Weiteren arbeiten die Sensoren schnell und zuverlässig in der Datenerfassung. Sie bieten kurze Messzeiten und liefern Echtzeit-Ergebnisse. Darüber hinaus sind konfokal-chromatische Sensoren äußerst flexibel einsetzbar, da sie mit verschiedenen Oberflächenmaterialien und -eigenschaften kompatibel sind. Ob glänzende, matte, transparente oder stark strukturierte Oberflächen – die Sensoren passen sich den jeweiligen Anforderungen an und liefern genaue Ergebnisse auch bei unterschiedlicher Materialbeschaffenheit. Sensoren der Reihe confocalDT von Micro-Epsilon bieten zudem einen großen Verkippungswinkel von bis zu 48 Grad. Daher sind auch Rundungen und Profile mit dem konfokalen System zuverlässig messbar. Auch beim Grundabstand und den Messbereichen ist das konfokal-chromatische System sehr flexibel. Neue Sensorgeneration für dynamische Messprozesse Für eine neue Sensorgeneration stehen die konfokalen Kompaktsensoren confocalDT IFD2410 und IFD2415. Beide Systeme bieten eine hohe Leistung in einem IP65-zertifizierten All-in-one-Gehäuse mit integriertem Industrial Ethernet. Die robuste Bauform prädestiniert sie für industrielle Serienanwendungen. Eingesetzt werden sie zur präzisen Abstands- und Dickenmessung unter anderem in Inline-Inspektionsmaschinen, 72 KEMKonstruktion|Automation » 04 | 2024
Koordinatenmessmaschinen, Robotik, 3D- Druck, zur Dickenüberwachung von Flach- und Containerglas sowie zur Prüfung elektronischer Baugruppen. Bei transparenten Materialien können Mehrschichtmessungen von bis zu 5 Schichten durchgeführt werden. Die aktive Belichtungszeitregelung der CCD-Zeile erlaubt eine schnelle und stabile Messung auf unterschiedlichen Oberflächen, auch bei dynamischen Messprozessen von bis zu 25 kHz. Bild: Micro-Epsilon Die Sensorsysteme confocalDT 2410, 2415 und 2411 von Micro-Epsilon eröffnen eine neue Sensorgeneration mit hoher Leistungsstärke bei kompakter Bauweise. Einbau auch bei beengten Platzverhältnissen Die kompakte Bauform vereinfacht den Einbau in Umgebungen mit geringem Platzangebot. Ein Lichtwellenleiter wird hierbei nicht benötigt. Über die integrierte Industrial-Ethernet-Schnittstelle ist eine direkte Einbindung in die SPS ohne zusätzliches Schnittstellenmodul möglich. Die Parametrierung der Sensoren erfolgt im Ethernet-Modus über das intuitive Webinterface und die Einstellungen werden automatisch in die SPS-Umgebung übernommen – das aufwändige Einstellen in der Programmierumgebung entfällt. Für die Dickenmessung ist zudem eine Materialdatenbank hinterlegt, die beliebig erweitert werden kann. Der Anwender profitiert auf diese Weise von Echtzeit- Daten bei reduziertem Installations- und Verdrahtungsaufwand. Ebenfalls neu ist das konfokale Kompaktsystem confocalDT IFD2411, welches für industrielle Serienanwendungen konzipiert wurde. Es wird als Komplettkanal ausgeliefert und ist werkseitig auf Sensoren mit den Messbereichen 1, 2, 3 und 6 mm abgestimmt. Über die integrierte Hutschienenmontage kann der Controller sehr einfach im Schaltschrank integriert werden. Mit einer Messrate von bis zu 8 kHz und einer Submikrometerauflösung von bis zu 12 nm bietet das IFD2411 eine hohe Anwendungsvielfalt für Abstands- und Dickenmessungen – etwa im Maschinenbau sowie in der Glas- und Smartphone-Produktion. Auch hier wird über die integrierte Industrial-Ethernet-Schnittstelle das Sensorsystem direkt in die SPS eingebunden. Ein grundlegendes Merkmal konfokal-chromatischer Sensoren ist die sogenannte „punktweise Messung“, durch die störende Reflexionen und Streuungen minimiert werden können. Anwendungsbeispiele • Integration in Koordinatenmess - maschinen: Konfokal-chromatische Sensoren zählen in der optischen Messtechnik zu den leistungsfähigsten Messsystemen im Hinblick auf Auf - lösung und Messrate. Der große Öffnungswinkel beziehungsweise die hohe numerische Apertur der konfokal-chromatischen Sensoren ermöglichen eine hohe axiale Auflösung von < 1 µm sowie einen kleinen Messpunkt von < 10 µm. In Verbindung mit einem großen Messwinkel sind diese Sensoren für Geometrieprüfungen prädestiniert. Besonders auf Oberflächen wie Zahnrädern oder Außengewinden werden stabile und hochgenaue Ergebnisse ausgegeben. • Spaltmessung von eingepasstem Displayglas: Das Displayglas von Smartphones stellt eine messtechnische Herausforderung dar. Es ist aus mehreren Schichten unterschiedlicher transparenter Materialien aufgebaut. Um eine hohe Qualität zu erreichen, sind die exakte Dicke der einzelnen Schichten sowie alle Luftspalte zwischen den Schichten zu erfassen, da Glasscheiben mit einem homogenen Dickenprofil benötigt werden. Die Taktrate ist bei diesem Prozess sehr hoch, so dass die Bild: Micro-Epsilon Messungen schnell und gleichzeitig hochgenau erfolgen müssen. Konfokalchromatische Sensoren lassen sich hier zur Dickenüberwachung von der Seite einsetzen. Dank der hohen Messrate können die Sensoren auch den schnellen Prozessen folgen. • Schnelle Messungen im 3D-Druck: Beim industriellen 3D-Druck wird ein konfokal-chromatischer Sensor direkt neben dem Druckkopf angebracht und verfährt mit diesem über die Bauteilplattform. Der Sensor misst dabei von oben den Abstand zum Bauteil. Die hohe Genauigkeit – im Zusammenspiel mit dem kleinen Messpunkt – ermöglicht die exakte Positionsbestimmung des Druckkopfes, wodurch ein homogener Materialauftrag erfolgen kann. Die Überprüfung erfolgt in Echtzeit, wodurch bei Normabweichungen ein direktes Eingreifen in den Druckprozess möglich wird. Über den Sensor lässt sich zudem kontrollieren, ob der Druckkopf mitläuft oder ob die Bauteilplattform in horizontaler und vertikaler Richtung korrekt ausgerichtet ist. www.micro-epsilon.de Hannover Messe: Halle 9, Stand D05 INFO Mehr zu den neuen konfokal-chromatischen Sensoren confocalDT IFD2410 und IFD2415: hier.pro/NuJBU KEMKonstruktion|Automation » 04 | 2024 73
