Die neue Lasersensor-Generation Laser-Triangulationssensoren – designed for advanced automation

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Micro-Epsilon (Swiss) AG

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Baumer Group

FAULHABER SA

Laser-Triangulationssensoren bilden eine Schlüsseltechnologie in der fortschrittlichen Automatisierung. Sie sind unverzichtbar, wenn es um exakte Abstandsmessungen geht. Die neuen Modelle von Micro-Epsilon bieten eine Vielzahl an Vorteilen und Stärken, die sie in vielfältigen Messaufgaben ausspielen.

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 geschieht über eine Dreiecksbeziehung zwischen Laser­diode, Messpunkt auf dem Objekt und Abbild auf der CMOS-Zeile. Die Messauflösung erreicht dabei den Bruchteil eines Mikro­meters. Mit den neuen Sensoren optoNCDT 1220, 1320 und 1420 präsentiert Micro-­Epsilon drei neue Baureihen, die mit der höchsten Leistungsstärke in ihrer Klasse überzeugen.

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Eine Klasse für sich – hochperformanter Lasersensor im kompakten Gehäuse

Das Flaggschiff der neuen Sensoren bildet der optoNCDT 1420. Durch gezielte Optimierungen wurden diese Sensoren auf ein neues Level gehoben. Mit verdoppelter Messrate von nun 8 kHz, einer 16-Bit-Digital-/Analog-­Wandlung und der Schutzart IP67 sind sie nicht nur die schnellsten Lasersensoren ihrer Klasse, sondern punkten auch dank der überragenden Genauigkeit. Daher sind die Sensoren ideal für Serienanwendungen in der Automatisierung und im Maschinenbau geeignet.

Die ultrakompakte Bauform des Sensors bei gleichzeitig geringem Gewicht eröffnet neue Anwendungsgebiete. 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 optoNCDT-1420-Lasersensoren für präzise Weg- und Abstandsmessungen bei Messbereichen von 10 mm bis 500 mm. Die neuen Modelle bieten höchste Leistung in jeder Umgebung und zeichnen sich durch eine Temperatur­stabilität von ±0,015 % d.M. / K und eine Fremdlichtbeständigkeit von bis zu 50 000 Lux aus. Ein hochperformanter D/A-Wandler ermöglicht am Analogausgang eine 16-Bit-Auflösung.

Die Einsatzmöglichkeiten der neuen Laser­sensoren sind vielfältig. Sie messen auf nahezu allen Oberflächen und arbeiten mit einer intelligenten Belichtungsregelung, die Hell-Dunkel- und Matt-Glänzend-Wechsel schnell und zuverlässig kompensiert. 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 vor äusseren Einflüssen und sorgt für Vibrations­beständigkeit. Darüber hinaus können die Sensoren mit schleppkettentauglichen Kabeln und auch robotertauglichen Kabeln ausgestattet werden. Die Handhabung ist für Einsteiger wie auch Experten gleichermassen einfach. Die Möglichkeiten reichen von analog bis digital, von der Plug&Play-­Lösung über Webinterface bis hin zu ASCII-­Programmierbefehlen.

Kompakter Laserwegsensor

Der optoNCDT 1320 ist ein neuartiger Laser-­Triangulationssensor in Kompaktbauweise zur Erfassung von Weg, Abstand und Position. Dank der äusserst kompakten Bauform mit integriertem Controller kann der Sensor auch in beengte Bauräume integriert werden. Aufgrund des geringen Gewichts eignet sich der optoNCDT 1320 hervorragend für Anwendungen, bei denen hohe Beschleunigungen wirken wie z.B. am Roboterarm oder in Bestückungsautomaten. Der Lasersensor 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 optoNCDT-1320-Modelle ermöglichen eine Sofortinbetriebnahme mit nur wenigen Klicks der Multifunktionstaste am Sensor. Erweiterte Sensoreinstellungen erfolgen über das intuitive Webinterface. Darüber 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 mit hoher Leistungsfähigkeit

Klein, präzise und schnell präsentieren sich die kompakten Lasersensoren optoNCDT 1220. Mit einer Messrate bis 2 KHz messen die Sensoren äusserst schnell. Dank der 16-­Bit-Digital-/Analog-Wandlung, dem IP67-Gehäuse und der hohen Schock- und Vibrationsbeständigkeit sind die Sensoren für Serienanwendungen in der Automatisierung und im Maschinenbau konzipiert.

Die optoNCDT-1220-Lasersensoren sind für industrielle Serienanwendungen aus­gelegt und bieten mit einem Listenpreis von 470.– EUR ein einzigartiges Preis-Leistungsverhältnis. Auch diese neuen Modelle bieten Messbereiche bis 500 mm, Mess­raten mit bis zu 2 KHz und eine 16-­Bit-Digital-/Analog-Wandlung. Die Ausführung ist mit einem Sensorgewicht von nur 60 Gramm und Massen von 46 × 30 × 20 mm äusserst kompakt. Die Sensoren eignen sich daher ideal zur Integration in beengte Bauräume.

Mit stabilem Aluminiumgehäuse und Schutzart IP67 sind die opto-NCDT-1220-­Sensoren auf industrielle Umgebungen ausgelegt. Der Sensor ist hierbei in hohem Mass vor Schock und Vibration geschützt. Eingesetzt werden die Sensoren daher in allen Bereichen der Automatisierungstechnik, dem Maschinenbau, in 3D-Druckern oder Verfahranlagen.

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 unverzichtbaren 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

Bei der geometrischen Vermessung von Bauteilen in Prüfvorrichtungen werden Laser-­Triangulationssensoren optoNCDT 1220 von Micro-Epsilon eingesetzt. Sie überwachen unter anderem Bauteiltoleranzen von seriengefertigten Kunststoff- und Aludruckguss­teilen. Zudem werden sie für die Waren­eingangskontrolle und damit die Qualitätssicherung eingesetzt. Im Gegensatz zu den früher verwendeten taktilen Prüfstationen erfolgt aufgrund der berührungslosen Laser-­Messung keine Einwirkung auf das Mess­objekt.

Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, die Sensoren aufgrund ihrer verschiedenen Messbereiche und grosser Grund­abstände sehr flexibel einzusetzen. Dies ist auch in kritischen Industrieumgebungen möglich. Die Lösung mit Lasersensoren ist darüber hinaus wirtschaftlich, erfolgt schnell und mit hoher Präzision sowie mit reduziertem mechanischem Aufwand im Vergleich zur taktilen Messung. Die Integration der Sensoren und die nachfolgende Auswertung der Messergebnisse sind schnell und auf einfache Weise umsetzbar.

Druckkopfpositionierung und Fokus­regelung

Bei industriellen Druckprozessen ist die exakte Höhenpositionierung des Druckkopfes entscheidend für die Qualität des End­produkts. Die schnelle Erfassung des Abstands gegen unterschiedliche Material­oberflächen und die Kantenerfassung ermöglicht die schnelle Nachregelung und Posi­tionierung des Druckkopfes.

Beispielsweise ist 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 auch zur Kantenerfassung heran­gezogen werden.

Wie bei Druckprozessen ist auch beim Auftragen von Klebstoffen und Wärmeleitpaste die exakte Höhenpositionierung der Dispenserdüse entscheidend für die fehlerfreie Ausführung. Lasersensoren der
Serie optoNCDT ermöglichen die Fein­positionierung des Dispensers. Die Sensoren liefern unabhängig von der Oberflächen­reflexion präzise Messergebnisse, die zur Höhen­nachführung und auch zur Kanten­erfassung herangezogen werden.

Positionierung autonomer Transport­systeme

Um fahrerlose Transportsysteme und autonome mobile Roboter kollisionsfrei zu positionieren, kommen Lasersensoren der Reihe optoNCDT 1220 zum Einsatz. Die Sensoren messen den Abstand zu einem Codeband, was eine exakte Positionierung des autonomen Fahrzeugs ermöglicht.

Sensoren der Reihe optoNCDT 1220 unterstützen die kollisionsfreie Positionierung von fahrerlosen Transportsystemen (FTS) sowie von autonomen mobilen Robotern (AMR) mit Mecanum-Rädern. Die kompakten Lasersensoren mit 500 mm Messbereich werden am FTS/AMR montiert.

Sie messen präzise den Abstand des Fahrzeugs auf ein metrisches Codeband, welches anschliessend von einer PGV-Kamera ausgewertet wird. Durch den ermittelten Abstandswert der Lasersensoren kann die PGV-Kamera das Codeband zuverlässig lesen und die genaue Position des FTS/AMR entschlüsseln. Dies ermöglicht wiederum ein kollisionsfreies, seitliches Andocken der autonomen Fahrzeuge.

Qualitätskontrolle in der Elektronik­fertigung

Lasersensoren der Modellreihe optoNCDT 1420 kommen auch 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 die Sensoren die Position und Anwesenheit von kleinen Bauteilen auf der Leiterplatte. Die kompakte Sensorbauform mit gerade einmal 46 × 30 mm und der integrierte Controller ermöglichen die Einbindung des Sensors auch bei wenig Platz. Durch den kleinen Lichtfleckdurchmesser werden präzise Messungen auch auf die kleinen IC-Pins ermöglicht, da der Lichtpunkt dort scharf abge­bildet werden kann.

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Vorteile der Lasersensoren

Die grössten Vorteile der Micro-Epsilon Laser-Triangulationssensoren 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 verschiedenste Materialien und Oberflächenbeschaffenheiten zu messen, was eine breite Anwendungsvielfalt eröffnet.

Zusammenfassend bieten die Laser-­Triangulationssensoren 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 unverzichtbaren Bestandteil moderner Fertigungs- und Produktions­prozesse. Mit ihrer Hilfe können Unternehmen die Qualität ihrer Produkte steigern, Produktionskosten und Materialverbrauch senken sowie die Effizienz ihrer Prozesse optimieren.

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