Schnell und genau Smarte Lasersensoren für die präzise Automatisierung

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GLYN Switzerland

Micro-Epsilon (Swiss) AG

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Für exakte Abstandsmessungen sind Laser-Triangulationssensoren das Mittel der Wahl. Diese messen und prüfen geometrische Grössen in zahlreichen Industriebranchen. So zum Beispiel auch die Lasersensoren mit EtherCAT-Schnittstelle von Micro-Epsilon, welche direkt in die Fertigungsumgebung eingebunden werden können.

Messende Sensoren, die in der Fabrik- und Anlagenautomatisierung eingesetzt werden, müssen zahlreiche Anforderungen erfüllen. Neben der Genauigkeit werden hohe Mess- und Verarbeitungsgeschwindigkeiten sowie möglichst reproduzierbare Messergebnisse vorausgesetzt. Zunehmend werden moderne Schnittstellen nachgefragt, die eine einfache Anbindung in bestehende Steuerungsumgebungen erlauben.

Präzision und Flexibilität für Linienanwendungen

Mit der Einführung des Laser-Triangulationssensors OptoNCDT 1900 mit EtherCAT bietet Micro-Epsilon eine leistungsstarke Lösung für den Einsatz in der Fabrik- und Anlagenautomatisierung. Der Sensor ermöglicht hochgenaue Weg-, Abstands- und Positionsmessungen in einer Vielzahl von Messaufgaben und bietet gleichzeitig eine hohe Wirtschaftlichkeit.

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Mit der integrierten Industrial-Ethernet-​Schnittstelle bietet der Sensor insbesondere bei schnellen Prozessen und bei der Vernetzung von mehreren Geräten und Maschinen Vorteile. Die Einbindung via EtherCAT in ein Bus-System kann nach Standardprotokollen TCP, UDP, FTP erfolgen und erleichtert somit die Kommunikation. Dank direkter Datenausgabe per EtherCAT stehen die Messwerte in Echtzeit zur Verfügung. Zur schnellen Messwertaufnahme trägt ausserdem eine Oversampling-Funktion bei. Diese ermöglicht es, Daten viermal schneller aufzunehmen beziehungsweise zu übertragen, als der Abfragezyklus der SPS dies zulassen würde. Bei einer SPS mit 1 ms Zykluszeit können die Messwerte demnach mit 4 kHz erfasst werden.

Höchste Signalstabilität bei dynamischen Messungen

Zur Optimierung des Signals steht erstmals eine zweistufige Messwertmittelung zur Verfügung. Diese ermöglicht einen glatten Signalverlauf an Kanten und Stufen und verhindert Signalüberschwinger. Insbesondere bei schnellen Messungen von bewegten Teilen ist dies von Vorteil, da ein präziser Signalverlauf sichergestellt wird.

Intelligente Oberflächenregelung bei wechselnden Oberflächen

Die OptoNCDT-1900-Sensoren 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 können als analoge oder digitale Ausgangssignale in die Anlagen- und Maschinensteuerung eingespeist werden. 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 als auch eine noch höhere Präzision bei der Ausrichtung des Lasers. Dies ist insbesondere beim Sensortausch ein entscheidender Vorteil. Für den Betrieb des Sensors ist keine externe Steuereinheit erforderlich, da der Controller komplett im kompakten Sensorgehäuse integriert ist. Dank der geringen Abmessungen kann der Lasersensor auch in beengte Bauräume integriert werden.

Anwendungsvielfalt in der Fabrik- und Anlagenautomatisierung

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

Hochauflösende Feinpositionierung beim Leiterplattendruck

In Druck-, Löt- und Bestückungsprozessen von Leiterplatten ist die exakte Höhenpositionierung des Druckkopfes entscheidend für die fehlerfreie Ausführung. Lasersensoren der Serie OptoNCDT ermöglichen die Feinpositionierung des Druckkopfes. Die Sensoren liefern unabhängig von der Oberflächenreflexion präzise Messergebnisse, die zur Höhen­nachführung und auch zur Kanten­erfassung herangezogen werden.

Positionierung von Messköpfen in Messmaschinen

Zur Vermessung von Bauteilen werden häufig Koordinatenmessmaschinen eingesetzt. Um die schnelle Positionierung von Messköpfen zu unterstützen, werden OptoNCDT-Laser-Triangulationssensoren eingesetzt. Dank der hochentwickelten Sensortechnologie ermöglichen die Lasersensoren eine schnelle und genaue Positionierung des Messkopfes.

Verschleissmessung an Hochgeschwindigkeitstrassen

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.

Positionserfassung der Karosserie

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

Fazit

Die Laser-Triangulationssensoren OptoNCDT 1900 mit EtherCAT bieten maximale Oberflächenvielfalt bei höchster Signalstabilität. Die Kombination aus hoher Messrate, äusserst kompakter Baugrösse mit integrierter Elektronik und enormer Messgenauigkeit erlaubt vielzählige Einsatzgebiete. Vordefinierte und individuelle Presets im Webinterface sowie Passhülsen zur Montage ermöglichen eine schnelle und einfache Inbetriebnahme mit korrekter Ausrichtung des Sensors. Zur flexiblen Anbindung an Steuerungen verfügen die Sensoren zudem über eine integrierte EtherCAT-Schnittstelle. Eingesetzt werden die innovativen Lasersensoren unter anderem in der Automatisierungstechnik, in der Automobilfertigung, im 3D-Druck und in Koordinaten­messmaschinen.

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