Sensoren für die Lasermessung

Glänzend gemessen

Die Qualitätssicherung in der Produktion mittels Lasermessung hat den Vorteil, dass dies auch aus größerer Entfernung möglich ist. Also außerhalb eines eventuellen Gefahrenbereiches. Schwierig wurde es bisher aber bei glänzenden Oberflächen wie Glas oder dunklen und matten Strukturen. Eine neue Familie von Lasersensoren zeigt die Lösung dieses Problems.

Um die Dicke der Beschichtung zu messen, werden zwei Sensoren benötigt. Der Erste ermittelt die Position der Plattenoberseite als Referenzwert, der Zweite die Position der Beschichtungsunterseite.

Das schweizerische Unternehmen Glas Trösch hat seit über einem Jahrhundert Erfahrung in der Glasproduktion. Die Produktpalette reicht heute von Gläsern für Fassadensysteme und den Innenausbau über Sicherheitsverglasung, Gläser zur Wärmedämmung und zum Sonnenschutz bis hin zu verschiedensten Designer Produkten aus dem nichtkristallinen Feststoff. Der Standort Buochs ist auf die Herstellung von Beschichtungen spezialisiert. Dazu wird Glas mit einer speziellen nur wenige Millimeter dicken Schicht versehen. Anfang 2007 wurde hier in der Produktionslinie die Schichtdickenmessung von manueller Messung auf eine automatisierte Lösung umgestellt.

Zur Schichtdickenmessung führen Transportbänder die Glasplatten durch drei zueinander parallel angeordneten Messspuren. Jede Messspur nutzt zur Schichtdickenmessung zwei Lasersensoren. Einer „blickt“ jeweils von oben und einer von unten auf die durchlaufende Glasplatte. „Das Problem ist in diesem Fall, dass die Glasplatten durch den Transport schwingen“ sagt Heinrich Dillier, zuständig für Technik und Unterhalt bei Glas Trösch in Buochs. „Um die Dicke der Beschichtung an einer beliebigen Stelle messen zu können, benötigt man daher zwei Sensoren: Einen, der die Position der Plattenoberseite als Referenzwert ermittelt und den zweiten zum Ermitteln der Position der Beschichtungsunterseite. Dazu wertet der Sensor die zweite Reflexion in der Glasschicht aus und ignoriert die erste“.

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Besonders gefordert in diesem Fall sind die Lasersensoren, weil die Dicke einer durchsichtigen Beschichtung auf einer ebenfalls durchsichtigen Glasplatte gemessen werden muss. In der Regel sind Laserlichtschranken mit Signalen überfordert, die von einer spiegelnde Oberfläche kommen. Die geplante Sensorlösung sollte gleich zweierlei leisten: Einerseits durfte die spiegelnde Oberfläche für sie kein Problem darstellen, andererseits galt es, die Messwerte von jeweils zwei Sensoren in kürzester Zeit auszuwerten und zur Schichtdickenbestimmung miteinander abzugleichen. Die Wahl fiel daher auf die skalierbare ZS-LDC-Serie von Omron Electronics. Sie ist auf Basis von 2D-CMOS-Technologie speziell für anspruchsvolle Messaufgaben konzipiert, wie z.B. die Detektion von Leiterplatten, Kunststoffen, schwarzem Gummi oder transparenten Objekten und ist mit einem Multi-Controller ausgestattet. Dieser kann bis zu neun Sensor-Module koordinieren. Bei der Vermessung der Beschichtungsdicken ermitteln jetzt zwei Laser-Abstandssensoren des Typs ZS-LD40T im Bruchteil einer Millisekunde die gewünschten Messwerte mit einer Auflösung von bis zu 0,01 µm – auch bei schwierigen Oberflächen. Angeschlossen ist ein volldigitaler Controller in der Größe einer Scheckkarte, der die aktuell gemessenen Daten anzeigt. Gleichzeitig lassen sich mit ihm die Abstandssensoren entsprechend der jeweiligen Applikation parametrieren. Dank USB- und RS232-Schnittstelle können die Sensordaten beispielsweise auch an einen externen PC übertragen werden. Im konkreten Fall werden die Daten jedoch aus dem Datenspeicher ausgelesen. Dieser legt pro vermessener Glasscheibe einen Datensatz an, in dem die Prozessinformationen gespeichert werden. Diese Informationen lassen sich im STOP-Modus auslesen und stehen somit künftig im System für QS-Zwecke zur Verfügung.

Für die Koordination der Datenübertragung zwischen den Sensor-Controllern und die schnelle Berechnung bei komplexen Messaufgaben ist der Multi-Controller ZS-MDC41 zuständig. Er bietet standardmäßig „Messwerkzeuge“ zur Höhenmessung, Stufen- und Zwischenraummessung, Dickenmessung, Messung der Ebenheit (Min. und Max.), Mittelwertmessung, Messung der Exzentrizität als Berg-Tal-Wert sowie Messung von Verzug und Planheit. Alle Controller und der Datenspeicher sind über einen speziellen Highspeed-Bus zur internen Kommunikation miteinander verknüpft.

Kontaktfreudige Familie

Prinzipiell lässt sich die ZS-LDC-Serie flexibel an verschiedenste Anforderungen anpassen. Zwischen der einfachen Anwendung mit nur einem Sensor samt Sensor-Controller bis hin zur leistungsfähigsten Lösung mit diversen Sensorköpfen, Controllern, Multi-Controllern und Datenspeichern sind beliebige Abstufungen möglich. Ein zusätzliches Software-Paket erleichtert hier die Konfiguration. Für noch anspruchsvollere Messaufgaben bietet die ZS-H-Serie höchste Präzision kombiniert mit Multitasking-Funktionalität. Mit ihr lassen sich Sensorköpfe mit bis zu 2.000 mm Tastweite anschließen sowie eine Präzision von 0,25 µm bei einer Linearität von 0,05 Prozent erreichen. Auch die gleichzeitige Messung und Ausgabe von bis zu vier Werten ist möglich. Die Serien ZS-L und ZS-H sind vollständig kompatibel und können zusammen im selben System eingesetzt werden. Die Sensorköpfe sind für verschiedene Messbereiche, mit unterschiedlichen Auflösungen, Strahlformen und Strahlabmessungen lieferbar. Controller und Datenspeichermodul gibt es jeweils in einer Variante mit NPN- und PNP-Ausgang. Damit löst die flexible Sensorikfamilie verschiedenste Messprobleme bei „schwierigen“ Oberflächen und kann zudem verschiedenste Messwerte in kürzester Zeit miteinander vergleichen.
Manfred Müller, Omron Electronics / st

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