Laserdistanzsensoren sind heutzutage in vielen Branchen ein wichtiger Bestandteil in der Fabrikautomation sowie in Prozessen zur Qualitätssicherung. Sie messen berührungslos Distanzen, Breiten, Positionen und Durchmesser von Objekten mit hoher Genauigkeit. Laserdistanzsensoren von Baumer beruhen auf dem Triangulationsprinzip. Der Sensor sendet einen Lichtpunkt oder Lichtstrahl auf das zu messende Objekt und das reflektierte Licht trifft im Sensor in einem speziellen Winkel auf eine Empfängerzeile. Je nach Distanz ändert sicher der Einfallswinkel und somit die Position des Lichtpunkts auf dem Empfänger. Die Kombination von Photodiodenzeile und Mikrocontroller erlaubt die Unterdrückung von störenden Reflexionen und ergibt somit zuverlässige Daten auf kritischen Oberflächen.
Sensoren gibt es in drei Strahlformen
Da die Anwendungen sehr unterschiedlich und vielseitig sind, müssen auch die Laserdistanzsensoren unterschiedliche Leistungsmerkmale aufweisen. Neben unterschiedlichen Baugrössen und Reichweiten spielt vor allem die Strahlform eine wichtige Rolle. Dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung bietet Baumer hierzu jetzt mit dem innovativen Messprinzip «multi-spot» drei unterschiedliche Strahlformen in seinem Mesax-Portfolio.Die «laser point»-Sensoren erfassen dank einer Spotgrösse von weniger als 0,4 mm selbst sehr kleine Objekte mit einer hohen Präzision. Sie kommen deshalb, z. B. im Bereich Assembling & Handling zum Einsatz, wenn es darum geht, Positionsüberprüfungen auf Basis von Abstandsmessungen durchzuführen. So kann ein «laser point»-Sensor die Position von Zahnrädern in der Uhrenherstellung schnell und präzise überprüfen. Die Sensoren sind so genau, dass sie beispielsweise auch im Bereich der Elektroindustrie für die Höhenmessung einzelner Minibauelemente eingesetzt werden können.
Für leicht raue Oberflächen bietet das Mesax-Portfolio Sensoren mit einem etwas erweiterten Strahl – die «laser line»-Sensoren. Dank einer Laserlinie von bis zu 10 mm wird der Mittelwert einer rauen Oberfläche präzise gemessen. So lassen sich Distanzen auch auf unbehandelten Holzbrettern messen. Ein weiterer Einsatzbereich ist auch die Bestimmung der Garnlänge durch die Messung des Rollendurchmessers in der Textilindustrie.
Herausforderungen sind sehr raue und glänzende Oberflächen
Die Herausforderung für Laserdistanzsensoren liegt aber immer noch in der Messung auf rauen und glänzenden Oberflächen. Hier erreichen zu wenige oder gar keine Messinformationen den Sensor, um verlässliche bzw. präzise Messergebnisse zu erzielen. Bisher musste in solchen Fällen auf andere Technologien wie Ultraschall ausgewichen werden. Im Vergleich zu optischen Sensoren sind diese aber wesentlich langsamer. Auch die Implementierung von hochpräzisen optischen Messsystemen mit externer Software ist für viele Applikationen zu teuer und zu aufwendig. Mit Mesax multi-spot schliesst Baumer diese Lücke. Der kompakte Sensor liefert exakte und wiederholgenaue Messergebnisse mit einer Auflösung bis zu 2 µm bei einer Messfrequenz von 500 Hz, ganz ohne externe Software.
Im multi-spot-Sensor gibt es drei Messmodi
Im multi-spot-Sensor gestatten die drei integrierten Messmodi Mittelwert, Minimum und Maximum unterschiedliche Messungen. Die Modi selber werden einfach und schnell direkt über ein intuitives Touch-Display eingestellt. Die gemessenen Distanzwerte werden direkt in Millimetern angezeigt, eine externe Umrechnung ist nicht notwendig. Im Vergleich zu aufwendigen Messsystemen ist der Sensor also optimal auf die Funktion Distanzmessung zugeschnitten. Durch die Kalibrierung ab Werk ist er sogar sofort einsatzbereit.
Das innovative multi-spot-Messprinzip beruht auf dem Lichtschnittverfahren. Basierend auf dem Triangulationsprinzip wird dabei der bis zu 62 mm breite Laserstrahl auf eine Empfängermatrix abgebildet und bis zu 600 Distanzinformationen ermittelt. Die intelligente Auswertung dieser Distanzinformationen erfolgt direkt im Sensor, der die daraus resultierende Distanz berechnet. Der Sensor bietet dank einer Auflösung von bis zu 2 µm sehr stabile und präzise Messergebnisse – selbst auf extrem rauen und inhomogen glänzenden Oberflächen sogar bei variierenden Fremdlichtbedingungen. Aus diesem Grund eignet sich der Sensor für eine Vielzahl an Applikationen aus der Mess- und Prüftechnik.
Der multi-spot in der Praxis
Wie bereits erwähnt, eignet sich der multi-spot selbst für Distanzmessungen auf sehr rauen Oberflächen. In den meisten Applikationen kommt dabei der Modus «Mittelwert» zum Einsatz. Je nach Art und Form der Oberfläche kann das Messfeld eingeschränkt werden. Die Sensoren erfassen dann über einen festgelegten Messbereich eine Vielzahl von Messwerten und berechnen automatisch den Mittelwert. So können Distanzen selbst auf leicht gebogene Flächen wie einer Schleifscheibe gemessen werden. Der vom Sensor gelieferte Distanzwert, mit einer absoluten Genauigkeit kleiner als 0,1 mm, wird direkt in der Regelung der CNC-Maschine verwendet.
Bei inhomogen glänzenden Objekten kommt es oft zu einem hohen Streuverlust, so dass das Licht eines auf der Oberfläche reflektierenden Laserspot nicht immer zurück zum optischen Empfänger gelangt. Dank der multi-spot-Technologie mit über 600 Messwerten liegen in der Regel genügend Distanzinformationen im Sensor vor, um eine präzise Messung der Distanz im Modus «Mittelwert» durchzuführen. Auf diese Weise können auch glänzende Formteile in der Qualitätsprüfung präzise vermessen werden.
Fazit
Mit dem Mesax-Laserdistanzportfolio bietet Baumer dank dem neuen Messprinzip multi-spot ein umfangreiches Portfolio, welches so gut wie alle Anforderungen abdecken kann. Dabei ist es völlig egal, ob es um sehr kleine, schnelle Objekte, grosse Distanzen oder wie hier beschrieben, um sehr schwierige Oberflächen geht.
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