MICRO-EPSILON Sensorik 8 (1/2014) by Micro Epsilon

Sensorik

Das Micro-Epsilon Kundenmagazin A us gab e 8 | Fr 端hj ahr 2014

Lasertriangulation von Punkt bis Linie ab S. 12 Unternehmensnews

Messe-Highlight

Im Visier

Messtechnik f端r die Pole-Position

Laser-Scanner macht blau

capaNCDT

Sensorik

Inhalt

4 News: Neubau: Weichen gestellt für nachhaltiges Wachstum

11 Applikation: Farberkennung der Nähte im AutomobilInterieur

12 Schwerpunkt: Lasertriangulation

18 Im Visier: Freie Kapazitäten in der Sensorik

Inhalt Editorial................................................................. 3 Unternehmensnews Kurz gefasst........................................................... 4 Kompaktes Laser-Mikrometer für industrielle Anwendungen ..................................... 5 Fünf Fragen an Carmen Lang................................ 6 Der „neue“ Meter.................................................... 7 Applikationen Farberkennung der Nähte im Automobil-Interieur............................................. 8 Automatische Positionierung der Synchronringe..... 9 Unterscheidung von Bremsscheiben in der Automobilproduktion................................... 10 Aktive Kompensation von Störbewegungen im Messprozess................................................... 11 Schwerpunkt Lasertriangulation von Punkt bis Linie.................. 12 Expertenrunde....................................................... 14 Präzision hoch fünf ............................................... 16 Messe-Highlights Spindelwachstum berührungslos erfassen ........ 20 Die wirtschaftliche Abstandspräzision................. 20 turboSPEED DZ140: störsicher bis 285 ºC ........ 21 Laser-Scanner macht blau................................... 21 Im Visier Freie Kapazitäten in der Sensorik ..................... 18 Engagement Digitale Ortskampagne........................................ 22 Vorlesung an der HS Esslingen........................... 22 Integrationskalender............................................. 22 Service Termine 2014......................................................... 3 Chronik................................................................. 23 Branchenindex..................................................... 23 Produktindex........................................................ 23

Titelbild Laser-Linien-Triangulationssensor scanCONTROL inspiziert eine Oberfläche.

Redaktion Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG Königbacher Str. 15 · 94496 Ortenburg / Germany E-Mail: presse@micro-epsilon.de

Ausgabe 08

Editorial

Sensorik

Auf den Punkt gebracht ganz auf Ihrer Linie Laserlichtbasierte Wegsensoren werden vielseitig in der industriellen Automatisierung und in modernsten Produktionslinien eingesetzt. Auf dem geometrischen Dreiecksprinzip basierend, kann der Laserpunkt je nach Sensormodell über die Optik zu einer Linie ausgedehnt werden. Im Schwerpunkt dieser Ausgabe haben wir ab Seite 12 die wichtigsten Technologien zusammengefasst und Experten zur Zukunft der Lasertriangulation befragt. Wussten Sie, dass die Neudefinition des Meters gerade mal 30 Jahre alt ist? Die grundlegende „Linie” der Messtechnik wird seit 1983 über eine atomare Konstante – das Krypton86-Atom – neu definiert. Den Beitrag zur Geschichte dieser Basiseinheit finden Sie auf Seite 7.

In der Technik ist oft der (Gesichts-)Punkt entscheidend. Die technischen Endoskope erlauben einen Blick in die Tiefen von Verbrennungsmotoren oder helfen, einen Baum zu retten (Seite 6).

Viel Freude beim Lesen

Johann Salzberger Geschäftsführer Marketing und Vertrieb

Download: Zeitschrift als PDF http://bit.ly/1ez5zKr

Termine 2014 Messen Datum

Messename

Stadt (Land)

Aussteller

07.04.2014 - 11.04.2014

HMI

Hannover (Deutschland)

Micro-Epsilon Deutschland

08.04.2014 - 10.04.2014

Drives & Controls

Birmingham (Großbritannien)

Micro-Epsilon UK Ltd.

05.05.2014 - 07.05.2014

AISTech

Indianapolis (USA)

Micro-Epsilon USA

06.05.2014 - 09.05.2014

Control

Stuttgart (Deutschland)

Micro-Epsilon Deutschland

03.06.2014 - 05.06.2014

Sensor+Test

Nürnberg (Deutschland)

Micro-Epsilon Deutschland

03.06.2014 - 06.06.2014

Automatica

München (Deutschland)

Micro-Epsilon Deutschland

09.09.2014 - 11.09.2014

ITEC

Akron, OH (USA)

Micro-Epsilon USA

30.09.2014 - 01.10.2014

Sensors & Instrumentation

Birmingham (Großbritannien)

Micro-Epsilon UK Ltd.

07.10.2014 - 09.10.2014

Aluminium

Düsseldorf (Deutschland)

Micro-Epsilon Deutschland

22.10.2014 - 23.10.2014

Engineering Design Show

Coventry (Großbritannien)

Micro-Epsilon UK Ltd.

Ausgabe 08

Sensorik

Unternehmensnews

Kurz gefasst

Messtechnik

Sensoren

Neubau:

für die Pole Position

für das 1.600 km/h-Auto

Weichen für nachhaltiges Wachstum

6 Zylinder, 4 Rennteams und 1 Sieg - die vergangene Formel-1-Saison war für Renault sehr erfolgreich. Micro-Epsilon beliefert den französischen Autogiganten mit Sensoren für die Motorentwicklung und wurde nach Paris eingeladen, den Erfolg zu feiern.

Micro-Epsilon ist einer der Produktsponsoren des Bloodhound SSC Projektes: Seine Organisatoren wollen mit einem 135.000 PS starken Raketenauto einen neuen Geschwin digkeitsrekord aufstellen.

Seit dem Ende der weltweiten Wirtschaftskrise 2008/2009 geht es für die Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG wieder konstant aufwärts – der weltweite Umsatz der gesamten Unternehmensgruppe konnte seither mehr als verdoppelt werden.

Insgesamt vierzehn Preise heimste Renault mit dem Motor V6 bei der Formel-1-Saison 2013 ein. Als einer der Messtechnik-Zulieferer wurde Micro-Epsilon Ende des vergangenen Jahres in das “L’Atelier Renault” auf dem Champs-Élysées eingeladen, um den Sieg mit den RenaultIngenieuren und der F1-Legende Alain Prost zu feiern. Micro-Epsilon bietet eine umfassende Sensor palette für die Motorentwickler an: Der besonders temperaturstabile Drehzahlsensor für Turbolader, turboSPEED DZ140, misst selbst an dünnen Turbinenradschaufeln aus Aluminium und Titan im Drehzahlbereich von 200 U/min bis 400.000 U/min. Der Laser-Sensor optoNCDT 1700BL mit der blauen Laserdiode erfasst Schwingungen und Vibrationen am rotglühenden Motorkrümmer. Mini-Wirbelstromsensoren eddyNCDT können an unterschiedlichen Stellen im Motorraum intergriert werden, um z.B. die Ölfilmdicke zwischen Kolben und Zylinderwand zu vermessen. Zur Verfügung stehen sowohl Serienprodukte als auch kundenspezifische Modelle.

Ausgabe 08

Das Fahrzeug, das auf dem Land schneller werden soll als jedes Flugzeug in der Luft, verfügt über 90-Zentimeter-Räder aus einem raumfahrttauglichen Aluminium. Um die Dynamik und die mechanische Ausdehnung der Räder im Prüfstand zu untersuchen, wird das kapazitive Messsystem capaNCDT 6200 eingesetzt. „Da sich die Räder mit bis zu 10.000 U/min drehen, wird ein extrem hoher Druck auf die Felgen ausgeübt. Um unsere Belastungsmodelle realitätsgetreu zu verifizieren, benötigen wir ein Messsystem, das die mechanische Ausdehnung der Felgen unter Höchstgeschwindigkeit hochpräzise messen kann“, so Joe Holdsworth, Systemingenieur von Bloodhound Programme Ltd. Neben den kapazitiven werden auch LaserSensoren optoNCDT 2300 eingesetzt. Am Fahrzeugrahmen befestigt, messen und kontrollieren sie während der Fahrt die Fahrhöhe des Rennwagens. Darüber hinaus kommen im Motorraum berührungslose Infrarot-Temperatursensoren thermoMETER CTmicro und CThot zum Einsatz. Sie überwachen die Erwärmung der Elektronik und vieler Komponenten, die geklebt oder genietet sind.

Die Weichen für weiteres Wachstum stellt das auf die Entwicklung, Produktion und den eigenen Vertrieb hochsensibler Messtechnik spezialisierte Unternehmen zur Zeit am Hauptstandort in Ortenburg. In den kommenden Monaten soll auf dem Grundstück hinter den bestehenden Firmengebäuden im Ortsteil Dorfbach ein Neubau entstehen: Auf rund 4000 Quadratmetern verteilt auf vier Geschosse sollen zusätzliche Büroräume, Schulungs- und Konferenzräume, eine Werkstatt und Lagerflächen entstehen. Herzstück des rund vier Millionen Euro teuren Bauprojekts soll ein sogenanntes Messqualifizierungslabor werden. Dort kann die Genauigkeit neuer Geräte „qualifiziert“ nachgewiesen und damit verbürgt werden. Um äußere Einflüsse auszuschließen, bekommt der in den Hang „eingegrabene“, fensterlose Kellerteil des Neubaus ein eigenes Fundament, das auch kleinste Schwankungen der Erde, etwa durch vorbeifahrende Lastwagen, auszugleichen vermag. Text/ Foto: Fleischmann/Passauer Neue Presse

Unternehmensnews

Sensorik

Kompaktes Laser-Mikrometer für industrielle Anwendungen Mit einem integrierten Controller ist das neue Laser-Mikrometer optoCONTROL 2520 besonders kompakt ausgeführt. Der maximale Abstand zwischen Sender und Empfänger kann bis zu 2 Meter betragen. In dem dazwischen projizierten Lichtvorhang kann das zu messende Objekt beliebig positioniert werden. Das komfortable ethernetbasierte Webinterface erleichtert die Bedienung und Integration, sowie den Fernzugriff im Fertigungsprozess. Das kompakte Laser-Mikrometer optoCONTROL 2520 zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit und durch variable Montageabstände von 100 mm bis 2 m aus. Der Abstand des Messobjekts zum Empfänger ist frei wählbar, damit kann das Messobjekt an beliebiger Position innerhalb des Lichtvorhangs platziert werden. Der Messbereich beträgt 46 mm. Die Konfiguration erfolgt über ein intuitives Web interface. Ein über Webinterface angezeigtes Messwert-Zeitdiagramm sorgt für eine komfortable Darstellung. Das Diagramm ermöglicht ein flexibles Ein- und Ausschalten von verschiedenen Messwerten wie z.B. Einzelkanten, Durchmesser und Mittelachse. Des Weiteren stehen diverse Mittelungs- und Filterarten, sowie Statistik-Funktionen zur Verfügung. Als Schnittsstellen sind ein Analogausgang, RS422 sowie Ethernet oder EtherCAT verfügbar. Zur einfachen Aus- und Einrichtung der Messung wird ein komfortables VideosignalDiagramm verwendet. optoCONTROL 2520 eignet sich für vielfältige Einsatzgebiete in der Qualitätsüberwachung und Produktion. Das optische Mikrometer misst unter anderem Durchmesser, Kante und Spalt des Messobjekts. Außerdem können bis zu acht Segmente gleichzeitig gemessen und ausgegeben werden. Der kleinste erfassbare Messobjektdurchmesser liegt bei 0,5 mm. Dadurch lassen sich z.B. PINs und Lücken an Stecker oder Stiftleisten in der Elektronikproduktion präzise vermessen. Auf der anderen Seite ist das neue Präzisions-Mikrometer bestens zum Erfassen von großen Objekten oder

zum Messen auf großer Distanz geeignet. In Produktionslinien mit beengten Bauräumen können der Sender und Empfänger dank des großen Messabstandes bis 2 m flexibel eingebaut werden. In den Messvorhang hineinragende Maschinenteile können ausmaskiert werden.

Messmodi Zu jedem Segment, Spalt oder Durchmesser kann die Mittelachse sowie die Lage der Einzelkanten ausgegeben werden.

Kante hell/dunkel Kante dunkel/hell

Durchmesser

Spalt

Segment

Center

Ausgabe 08

Sensorik

Unternehmensnews

5 Fragen an... ...Carmen Lang Carmen Lang ist langjährige Beraterin im Bereich der technischen Endoskopie. Der “Sensorik” erklärt sie den Unterschied zu den medizinischen Geräten und erinnert sich an die ungewöhnlichsten Anwendungen. Frau Lang, Endoskope kennt man in erster Linie aus der Medizin. Wie unterscheidet sich das industrielle Endoskop von seinem medizinischen “Bruder”? Tatsächlich wurden die Endoskope ursprünglich für die Medizin entwickelt. Die Endoskope in der Medizin müssen jedoch andere Kriterien erfüllen als technische Geräte: Sie müssen autoklavierbar sein und haben daher keine Fokussierung am Okular. Die Fokussierung wird über die Objektivadapter in Verbindung mit dem Objektiv und einer Kamera eingestellt. Wo werden die technischen Endoskope eingesetzt? Technische Endoskope werden für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung an nicht sichtbaren oder schwer zugänglichen Teilen verwendet: Bohrungen werden auf Grat- und Partikelfreiheit überprüft, Schweißnähte werden in Rohren oder Wärmetauschern untersucht. In Motoren und Getrieben werden Wellen und Laufflächen kontrolliert. Auf dem Bau werden die Hohlräume und Zwischendecken inspiziert. Auch der Schornsteinfeger setzt technische Endo-

Kontakt: Carmen Lang Produktmanagerin Techn. Endoskopie Carmen.Lang@micro-epsilon.de

Ausgabe 08

skope bei der Inspektion ein. Ebenfalls eingesetzt werden technische Endoskope in der Forschung und Entwicklung. Was ist für die Qualität des technischen Endoskops entscheidend? Entscheidend für die Qualität der Endoskope sind die optischen Komponenten des Linsensystems. Bei starren Endoskopen haben Modelle mit Stablinsensystem die beste Qualität. Dadurch ergeben sich kontrastreiche und helle Bilder. Bei flexiblen Endoskopen wird das Bild über einzelne Bildleitfasern und das Licht über Lichtleitfasern übertragen. Deswegen sind hier Anzahl und Qualität der Fasern entscheidend. Für die Videoskope ist der verwendete Chip von großer Bedeutung. Gibt es auch kundenspezifische Applikationen? Viele Applikationen sind kundenspezifisch und können mit Standardprodukten nicht gelöst werden. Hierbei handelt es sich um Entwicklungen in der Industrie und Forschung an Hochschulen. Ein Beispiel: Ein namhafter Nutzfahrzeughersteller setzt spezielle Endoskope ein, um in der Entwicklungsphase die CO2-

Werte der Verbrennungsmotoren zu reduzieren. Die Endoskope werden direkt in den Abgasstrom integriert, um die Strömung sichtbar zu machen. Sie haben einen vordefinierten Schärfebereich, eine hohe Temperaturstabilität und müssen gegen aggressive Harnsäure beständig sein. Können Sie sich an ungewöhnliche Prüfaufgaben erinnern? Sogar in der Botanik kommen Endoskope zum Einsatz. Ist ein Baum durch Pilzbefall erkrankt, wird er nicht gefällt, sondern kann saniert werden: Mit einem Endokop kann der Pilzbefall erkannt und der Baum gesund gepflegt werden. Und wenn Sie mal den Code zu Ihrem Tresor vergessen oder den Schlüssel dazu verloren haben, ist es kein Problem den Tresor mit einem Endoskop zu öffnen. Wie das geht? Dieses Geheimnis bleibt verschlossen. Vielen Dank für das Interview!

Unternehmensnews

Sensorik

Der „neue“ Meter Am 20. Oktober 1983 wurde der Meter neu definiert. Er war die erste Basiseinheit, die über eine fundamentale Konstante bestimmt wurde. Es gibt Messmethoden, die kann jedes Kind anwenden. Zum Beispiel bei Gewitter. Wenn es blitzt, wird gezählt – bis zum Donner. Die gezählten Sekunden geteilt durch 3 ergeben die Entfernung des Gewitters in Kilometern. Was hier zur Anwendung kommt, ist dasselbe Prinzip wie das der Meterdefinition, die vor Kurzem 30 Jahre alt geworden ist. Denn der Berechnung liegt eine konstante Geschwindigkeit zugrunde, hier die Schallgeschwindigkeit (in Kilometern pro Sekunde). Die Strecke, die der Donner zurückgelegt hat, wird dann über die gemessene Zeit ermittelt. Die Definition des Meters basiert allerdings nicht auf der Schall- sondern auf der Lichtgeschwindigkeit c von 299 792 458 Metern pro Sekunde. Entsprechend ist ein Meter die Strecke, die Licht in einer 299 792 458stel Sekunde im Vakuum zurücklegt. Dieses Prinzip wird auch bei realen Messungen angewendet, zum Beispiel bei modernen Entfernungsmessgeräten, wie man sie im Baumarkt kaufen kann. Sie sind so etwas wie eine Stoppuhr mit Laser. Sie messen die Zeit, die ein Lichtpuls vom Gerät zur Wand und zurück benötigt, und errechnen daraus den Abstand. Die hochpräzisen Methoden der Längenmessung an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) sind jedoch etwas komplizierter. Der Meter hat einen langen Weg hinter sich. Seine vielen Vorgänger um Elle und Fuß waren von den Körpermaßen regionaler Herrscher abgeleitet und entsprechend vielfältig. Das älteste bekannte Längenmaß, die Nippur-Elle aus Mesopotamien, wird auf die erste Hälfte des 3. vorchristlichen Jahrtausends datiert. Sie war 51,8 Zentimeter lang. Schon damals wurden Primärnormale solcher Maße zum Beispiel aus Granit hergestellt, die der Weitergabe der Einheit für den Handel dienten. Auch der berühmte Urmeter ist ein reales Objekt – ein Stab aus einer Edelmetall-Legierung. Doch im Geist der französischen Revolution sollte die Längeneinheit der neuen Zeit nicht mehr auf den zufälligen Körpermaßen eines Herrschers basieren, sondern auf einer überall gültigen Konstanten. Dafür wählte ein von der

französischen Nationalversammlung beauftragtes Komitee den damals durch Paris verlaufenden Nullmeridian. Dessen zehnmillionster Teil auf der Strecke zwischen Nordpol und Äquator sollte den neuen Meter ausmachen. Mittels Triangulation maßen zwei Astronomen in einem aufwändigen Verfahren einen Teilabschnitt des Meridians zwischen Barcelona und Dünkirchen und ermittelten daraus die Gesamtlänge des Längengrades. Im Dezember 1799 wurde der Meter schließlich in Platin gegossen. Doch erst 1875 erhielt der Meter seine allgemeine Gültigkeit, zumindest in den 17 Staaten, die damals die Meterkonvention unterzeichneten. Der Prototyp wurde 1889 durch einen stabileren Platin-Iridium-Stab ersetzt, von dem 30 Kopien angefertigt und an die Mitgliedsstaaten der Meterkonvention verteilt wurden. Ein Meter war nun der „Abstand der Mittelstriche der auf dem Urmeterstab in Sèvres angebrachten Strichgruppe bei 0 C“. Die Angabe der Temperatur deutet das Problem dieser Definition bereits an: Die Einheit war abhängig von äußeren Parametern wie der Temperatur. Außerdem ist ein materielles Objekt wie ein Metallstab zeitlich nicht stabil. Eine orts- und zeitunabhängige Konstante musste her. Diese fanden Metrologen in den Wellenlängen von Licht. Die PTB-Wissenschaftler Wilhelm Kösters und Johann Engelhard entwickelten schließlich ein Messsystem und eine Kryptonlampe mit einer bis dahin unerreichten Stabilität und Reproduzierbarkeit der Wellenlänge. In der Lampe wurden Kryptonatome zu einem Elektronenübergang angeregt, bei dem rotes Licht einer genau bestimmten

Wellenlänge entstand. 1960 folgte die Neudefinition des Meters als das „1 650 763,73-fache der Vakuumwellenlänge des Lichts, das von einem Krypton-86-Atom ausgesandt wird“. Damit wurde der Meter zum „Musterknaben“ des SI-Systems, zur ersten Einheit, die auf eine atomare Konstante zurückgeführt wurde. Mit der Kryptonlampe der PTB wurde für den Meter eine Reduzierung der relativen Messunsicherheit um den Faktor 10 auf 10-8 erreicht. Doch mit der Entdeckung des Lasers machte die Herstellung präziser Lichtquellen mit immer stabileren Wellenlängen große Sprünge und stellte so eine ständige und immer kurzschrittigere Anpassung der Meterdefinition an die technische Entwicklung in Aussicht. Darum wurde die Längeneinheit schließlich an eine unveränderliche Naturkonstante gebunden. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum wurde auf exakt 299 792 458 m/s festgelegt und der Meter am 20. Oktober 1983 von der 17. Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) entsprechend über die Sekunde definiert. Seitdem gilt diese Definition über eine fundamentale Konstante als Vorbild für die anderen Einheiten des SI-Systems.

Text: Johannes Kaufmann Foto: Physikalisch Technische Bundesanstalt www.ptb.de

Ausgabe 08

Sensorik

Applikationen

Farberkennung der Nähte im Automobil-Interieur

In der Montagelinie eines bekannten deutschen Automobilherstellers müssen gleiche Kfz-Interieurteile anhand verschiedener Nahtfarben unterschieden werden. Bisher haben die Fachprüfer die Nähte visuell überprüft. Um den Prozess zu automatisieren und wirtschaftlich zu optimieren, werden nun die Farbsensoren colorSENSOR LT-3-HE von Micro-Epsilon eingesetzt. Die High-End-Sensoren arbeiten mit einer sehr hohen Messauflösung (Farbabstand ΔE = 0,5) und unterscheiden so die für den Menschen fast identischen Farbtöne. Ein weiterer Vorteil des Sensors ist eine hohe Wiederholgenauigkeit, die Messergebnisse sind sehr gut reproduzierbar. Der Zusammenbau der Interieurteile erfolgt auf einem speziellen Montagetisch nach dem Poka Yoke-Prinzip. Kundennutzen: Fehlervermeidung bei der Montage Kostenersparnis, da anstregende visuelle Kontrolle durch Fachprüfer entfällt schnellere Abwicklung

Ausgabe 08

colorSENSOR LT Bis zu 31 Farben speicherbar RS232 und USB-Schnittstelle Farbräume: X/Y INT; s/i M (Lab)

Applikationen

Sensorik

Automatische Positionierung der Synchronringe

Synchronringe werden als Synchronpaket in Automatikgetrieben eingesetzt. Für ihre Serienfertigung erstellte Behr Systems GmbH/Blaichach eine Handlings- und Bearbeitungsanlage zum Entgraten der Synchronringstirnseiten mit einem Laser. Wichtiger Bestandteil der Anlage ist die Messtechnik, welche die exakte Positionierung der Synchronringe unter dem Entgratlaser gewährleistet. Dafür wird ein Laser-Triangulationssensor optoNCDT 1700-20LL von Micro-Epsilon eingesetzt.

Kundennutzen: Der entscheidende Vorteil liegt in der produktionssicheren Positionierung der Synchronringe zum Entgraten durch Diodenlaser. Mit dieser messtechnischen Anordnung werden die Synchronringe durch den Laser-Triangulationssensor ILD1700-20LL genau positioniert und durch den Entgratlaser nicht gestört.

optoNCDT LL Spezialoptik für kleine Laserlinie Messrate bis 49 kHz Messprinzip: Laser-Punkt-Triangulation

Ausgabe 08

Sensorik

Applikationen

Unterscheidung von Bremsscheiben in der Automobilproduktion

Beim Einbau von Bremsscheiben in Automobile muss jedem Automodell die richtige Bremsscheibe zugeordnet werden. Da es zahlreiche verschiedene Bremsscheibentypen gibt, müssen diese vor der Montage am jeweiligen Fahrzeug dementsprechend sortiert werden. Oft sind die Form, Höhe und der Durchmesser der Scheiben gleich. Das einzige Unterscheidungsmerkmal ist der Spalt zwischen zwei Lüftungsstegen. Der Laser-Profil-Scanner gapCONTROL erfasst diesen zuverlässig. Außerdem gewährleistet diese 100%-Erkennung eine sichere Unterscheidung und optimale Weiterverarbeitung der Bremsscheibentypen. Der Laser-Profil-Scanner gapCONTROL 2611100 von Micro-Epsilon vereinfacht die Sortierung der Scheiben: Die speziell auf Spalt erfassung abgestimmten Laser-Profil-Scanner der Produktserie gapCONTROL 2611-100 erfassen vollautomatisch die Breite zwischen den Stegen. Die Scheiben werden dabei auf einem Transportband am Scanner vorbei geführt, die Stegbreite wird im Durchlauf erfasst. Der Abstand der Stege variiert zwischen 15 mm bis 35 mm. Der Messwert wird anschließend in Echtzeit an die SPS über die Ethernet-

Ausgabe 08

Schnittstelle des Spaltsensors übertragen. Die Scheiben werden nach Typ sortiert und in die richtige Verarbeitungslinie eingeordnet. Kundennutzen: Einfache und sichere Unterscheidung Leichte Integration in bestehende Fertigungsumgebung Taktzeiteinsparung durch vollautomatisierten Prozess

gapCONTROL Drei Leistungsklassen Integrierter Controller Messprinzip: Laser-Linien-Triangulation

Applikationen

Sensorik

Aktive Kompensation der Störbewegungen im Messprozess

Raue Industrieumgebung stellt hohe Ansprüche an die optischen Wegsensoren: Trotz Staub und hohen Prozessgeschwindigkeiten muss präzise gemessen werden. Seit vielen Jahren meistern die Laser-Sensoren der Serien optoNCDT 1700 und optoNCDT 2300 diese Herausforderungen. Doch sind Störbewegungen (Bandbewegungen, Radialbewegungen von Umlenkrollen oder Schwingungen eines Grundkörpers) größer als das Messobjekt, kann der Messprozess erschwert oder gar verhindert werden. Ein Beispiel dafür sind z.B. Falten in einem Band.

In solchen Fällen kompensiert der Universalcontroller CSP2008 die prozessbedingten Grundbewegungen über die relativen Grenzwerte.

Dabei wird über die letzten Messungen ein Mittelwert gebildet. Er liefert die Basis zum aktuellen Messwert des Sensors (obere Grafik). Somit werden nur Messwerte ausgegeben, die eine definierte Schaltgrenze überschreiten (untere Grafik). So werden auch minimale Abstandsänderungen trotz starker Bewegungen im Prozess erkannt. Kundennutzen: Zuverlässige Objekterkennung trotz hoher Grundbewegungen im Prozess Schnelle, präzise und hochauflösende Messwertaufnahme Integrierte Lösung: Verrechnung in der Anlagensteuerung entfällt

CSP2008 Umfassende Verrechnungsfunktionen Erweiterbar auf bis zu 6 Sensoren Hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit

Ausgabe 08

Schwerpunkt

Sensorik

Lasertriangulation: Von Punkt bis Linie Die verschiedenen optischen Messverfahren spielen eine entscheidende Rolle für die zunehmende Automatisierung von Fertigungs- und Prüfprozessen. Sie vermessen die produzierten Bauteile und nehmen hierbei die Messpunkte schnell, genau und sicher auf. Die Messdaten stehen in der Regel in Echtzeit zur Verfügung und können somit zur automatischen Korrektur und Regelung direkt im Fertigungsprozess verwendet werden. Diese optimierten Abläufe verbessern die Qualität der Produkte, sparen Rohstoffe und Energie und senken damit die Herstellkosten. Mit einem breiten Programm an präzisen und schnellen optischen Weg- und Abstandssensoren nimmt Micro-Epsilon schon seit Jahren eine führende Marktposition in der berührungslosen Messtechnik ein. Mit dem Triangulationsprinzip werden Abstände gegen ein breites Spektrum von Materialoberflächen gemessen. Abhängig davon, ob ein Laserpunkt oder eine Linie auf die Objektoberfläche projiziert wird, erhält man ein ein- oder zweidimensionales Ausgangssignal. Dazu werden Punkt oder Linie über eine Empfangsoptik in einem spitzen Winkel betrachtet und auf einem positionsempfindlichen Element (CCD-Zeile oder -Matrix) abgebildet. Die Messwerte werden digital über einen schnellen Signalprozessor verarbeitet. Die Datenausgabe erfolgt sowohl als Analogwert als auch über eine serielle Schnittstelle. Wird das Messobjekt oder alternativ der Sensor bewegt, kann über diese weitere Dimension auch ein dreidimensionales Profil des Objektes erzeugt werden.

1. Laser-Punkt-Triangulation: dynamisch und flexibel Die Laser-Triangulationssensoren zählen zu den optischen Standardmessverfahren. Die Triangulation basiert auf einer einfachen geometrischen Beziehung: Eine Laserdiode emittiert einen Laserstrahl, der auf das Messobjekt gerichtet ist. Die reflektierte Strahlung wird über eine Optik auf einer CCD-/CMOS-Zeile abgebildet. Der Abstand zum Messobjekt

kann über eine Dreiecksbeziehung von der Laserdiode, dem Messpunkt auf dem Objekt und dem Abbild auf der CCD-Zeile bestimmt werden. Die Messauflösung reicht bis in den Bruchteil eines Mikrometers. Die Intensität der reflektierten Strahlung hängt von der Objektoberfläche ab. Mit der Real Time Surface Compensation-Funktion (s. Infokasten S. 15)

von Micro-Epsilon können die Intensitätsänderungen in Echtzeit geregelt werden. Das optische Prinzip erlaubt je nach Bauart Messabstände von einigen mm bis über 1 m. Je nach Anforderungen werden kleine und hochpräzise Messbereiche oder große und genaue Messbereiche realisiert. Der Messpunktdurchmesser bleibt dabei klein. Micro-Epsilon bietet über 60 verschiedene Laser-Triangulationssensoren an. Neben analogen stehen digitale Schnittstellen zur direkten Anbindung in bestehende Umgebung zur Verfügung. Die Sensoren mit digitalen Schnittstellen sind über einen externen PC konfigurierbar. Kompakte Sensormodelle mit integrierten Controllern lassen sich selbst in enge Bauräume problemlos integrieren. Sie finden in der Industrie zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Produktionslinie, in Mess-, Prüf- und Inspektionssystemen, in der Maschinenüberwachung oder in der Forschung und Entwicklung. 2. Laser-Linien-Sensoren: Qualitätsmessung mit Profil Im laufenden Fertigungsprozess werden nicht nur eindimensionale Größen (Materialdicke, Vibrationen und Abstand) ermittelt, sondern auch eine mehrdimensionale Qualitätskontrolle (Profil- und Konturmessung) durchgeführt. Hier punktet die berührungslose optische Messtechnik mit Genauigkeit, Messgeschwin-

digkeit und Flexibilität in Hinsicht auf die Messobjektoberfläche. Die Laser-Profil-Scanner führen komplexe 2D/3D-Messaufgaben durch. Hier greift das Prinzip der Laser-Linien-Triangulation (Lichtschnittverfahren). Der punktförmige Laserstrahl wird durch spezielle Linsen zu einer Linie ausgedehnt. Zusammen mit der Information über die Distanz (z-Achse), berechnet der integrierte Controller die Position der Messpunkte entlang der Laserlinie (x-Achse) und gibt beide Werte als 2D-Koordinate aus. Bei einem bewegten Messobjekt oder einem bewegten Sensor entsteht ein 3D-Abbild des Objektes. Es können bis zu 2,56 Mio. Punkte pro Sekunde erfasst werden. Dank dem integriertem Controller sind die Laser-Scanner

Ausgabe 08

Sensorik

Schwerpunkt

Expertenrunde Wie schätzen Sie die zukünftige Entwicklung der lasertriangulationsbasierten Messtechnik ein?

Erich Winkler

Dipl.-Ing. Christian Kämmerer, MBA.

Dipl.-Inf. Achim Sonntag

Produktmanager optoNCDT

Produktmanager scanCONTROL

Abteilungsleiter Anlagen/Systeme

In vielen Prozessen müssen geometrische Grö ßen kontinuierlich und hochgenau überwacht werden. Dazu eignen sich Micro-Epsilon Laser triangulationssensoren aufgrund des präzisen optischen Messverfahrens und der einfachen Integration über verschiedene Bussysteme beson ders gut. Durch echtzeitfähige Schnittstellen wie z.B. EtherCAT wird sich die Lasertriangulation in der Automatisierungstechnik weiter durchsetzen.

Die präzise Messung in automatisierten Abläufen wird immer mehr gefordert. Hier setzen sich die optischen Messverfahren immer mehr durch. Sie können mehrdimensional vermessen, sind in der Messpunktaufnahme um ein Vielfaches schneller und die Messdaten stehen in der Regel in Echtzeit in sehr hoher Genauigkeit zur Verfügung. Dies ermöglicht eine automatische Korrektur und Regelung in laufenden Prozessen mit dem Ziel nur noch ›Gutteile‹ zu produzieren.

Bei der Profildickenmessung im Walzwerks- und Finishingbereich der Metallindustrie ist mit dem Schritt vom punktförmigen Triangulationslaser hin zum Laserliniensensor ein enormer Techno logiesprung gelungen. Mit der Nutzung des höheren Informationsgehalts der Linie lassen sich im Vergleich zum Punktsensor größere Mess bereiche mit höherer Präzision realisieren, steigt die Robustheit der Anlage in der rauen Industrieumgebung und ergibt sich die Möglichkeit zusätzliche Merkmale messtechnisch zu erfassen.

kompakt ausgeführt. Laser-Scanner besitzen eine integrierte, hoch empfindliche Empfangsmatrix. Sie ermöglicht Messungen auf fast allen industriellen Materialien weitestgehend unabhängig von der Oberflächenreflexion. Die extrem leistungsfähige integrierte Kontrolleinheit und Ethernet-Schnittstelle machen den Laser-Profil-Scanner für eine Inline-Steuerung robotertauglich und somit gut geeignet für die dynamischen Fertigungstechnologien. Der Laser-Linien-Scanner scanCONTROL wird eingesetzt zur Profil- und Konturmessung im laufenden Fertigungsprozess von endlos produzierten Erzeugnissen (Extrusion, Walzen, Ziehen, etc.) oder von einzelnen Teilen (Stückgut).

Spaltmessung Speziell für die berührungslose Spaltenmessung wurde der gapCONTROL Laserscanner entwickelt. Dieser Sensor basiert ebenfalls auf der Technologie der Laserlichtschnittsensoren, greift aber auf ein völlig neues Auswerteverfahren zurück. Der Laser-Linien-Triangulator gapCONTROL unterstützt den Anwender bei Schweißvorgängen, Messen von Bündigkeit, Überlappung, Annäherung, Höhenversatz usw. Die Daten werden anschließend für die Robotersteuerung oder Qualitätssicherung verwendet. Die gesamte Elektronik ist im Sensor integriert, wodurch er schnell und einfach montiert werden kann.

Typische Anwendungen: Profilerfassung an Reifen, Drehteilen, Bahnschienen Roboterführung (Schweißnähte, Fügeprozesse) Koplanaritätsmessung an elektronischen Bauteilen Ebenheitsmessung an Blechbändern (Wölbungen, Schnitt- oder Stanzgrate) Ausrichten des Türspalts in der Automobilfertigung Messung der Breite und Tiefe von Nuten

Mit dem Tool gapCONTROL Setup Software wird der Sensor schnell auf die Messaufgabe eingestellt. Je nach Spaltart stehen nur die nötigen Parameter zur Verfügung, um die Einstellungen so einfach wie möglich zu halten. Die Software kann auch ohne Scanner in vollem Umfang getestet werden. Standard Ausgänge des Sensors sind FireWire, Ethernet oder RS422. Weitere Ausgangsarten stehen über die Output-Unit zur Verfügung.

Auf alles achten Grundsätzlich ist keine pauschale Aussage darüber möglich, ob ein Objekt mit LaserScanner messbar ist oder nicht. Der Erfolg der Messung ist immer davon abhängig, welche Parameter gemessen werden sollen und unter welchen Umständen die Messung erfolgen soll. Deshalb ist eine Beurteilung der Realisierbarkeit von Objekt zu Objekt neu zu treffen. Der Erfolg einer Messung ist z. B. davon abhängig, wieviel Zeit für eine Messung zur Verfügung steht. Je langsamer ein Objekt den Laserstrahl passiert, desto mehr Zeit steht zur Datenaufnahme zur Verfügung. Demzufolge kann auch keine pauschale Aussage getroffen werden, ob Messungen, die im statischen Zustand brauchbare Ergebnisse geliefert haben, auch im dynamischen Zustand verwendbar sind. Die Qualität des Ergebnisses hängt ebenfalls davon ab, welche Reflexionseigenschaften das Messobjekt hat. Je nachdem, wie stark absorbierend oder reflektierend das Messobjekt ist, können mehr oder weniger gute Daten gewonnen werden. Auch das zugrundeliegende Material ist für den Erfolg der Messung verantwortlich. Als letzter Faktor für den Erfolg steht die Kontur, bei der durch mögliche Abschattungen oder Mehrfachrefle-

Ausgabe 08

Schwerpunkt

lung. Sie liefern damit langfristig zuverlässige Daten, ohne Folgekosten zu generieren. Systeme und Anlagen der Familie thicknessCONTROL TTP 8301 verfügen durch patentierte Linearisierungsverfahren über Präzisionen, die auch zukünftigen Ansprüchen des Reifenbaus gerecht werden.

xionen das Profil Fehlstellen oder unbrauchbare Profilpunkte aufweisen kann. Diese grundlegenden Faktoren können das Messsignal essentiell beeinflussen und Fehlstellen oder Ausreißer zur Folge haben. Die richtige Einstellung Trotz all dieser kritischen Faktoren kann aus einem schwierig auszuwertenden Signal mit Ausreißern und Fehlstellen ein durchgängiges Signal mit deutlich erkennbarem Oberflächenprofil erstellt werden. Dies erreicht man durch die individuelle, richtige Einstellung des Sensors, die auf das Messobjekt abgestimmt ist. Mit verschiedenen Filtern und Einstellungen der Belichtungszeit können häufig mangelhafte Signale in einer zweiten Messung soweit verbessert werden, dass am Ende eine nutzbare Information zur Verfügung steht. Beispielsweise wird die Messung eines bewegten, schwarzen Gummiobjekts mit kurzer Belichtungszeit ein eher unbrauchbares Profil liefern (da unterbelichtet), als wenn das Objekt nicht bewegt wird und dadurch eine längere Belichtungszeit über das ganze Profil möglich ist. Erfassung großer Messbereiche Ein Nachteil aller hochauflösenden Messmethoden ist, dass sie lediglich kleine Messfelder aufweisen. Standardmäßige Laserlinien-Triangulationsgeräte, die etwa 10 μm Auflösung erreichen, haben einen Messbereich von ungefähr 2 cm. Bei anderen Sensoren sieht es ähnlich aus. Damit können Wendeschneidplatten, Bohrer, Fräser und andere Werkzeuge mit ähnlichen Dimensionen vermessen werden, aber keine Objekte, die einige Dezimeter groß sind. Um große Messbereiche erfassen zu können, sind Mechaniken nötig, die das kleine Messfeld einer hochgenauen Sensorik über das Messobjekt verfahren. Da die Positioniergenauigkeit einer gängigen Mechanik viel zu ungenau ist, muss diese von einem inkrementalen Wegmesssystem bestimmt werden. 3. Mess- und Prüfsysteme: Präzisionsverbund Die einzelnen Triangulationssensoren werden in den Messsystemen z.B. für die Dickenmessung von Metallen eingesetzt. Die LaserProfil-Sensoren messen zuverlässig auch auf verkipptem und welligem Metallband. Im Unterschied zu den radiometrischen Systemen und Isotopenverfahren bietet die Laserlinie hohe Ortsauflösung bis zum Rand. Der kleine Messpunkt ermöglicht erstmalig Messungen einzelner Streifen hinter Längsteilscheren.

Sensorik

Inspektion der Reifengeometrie Die Systeme der Familie TGI 8302.LLT sind mit drei applikationsspezifischen Triangulationslaserscannern ausgerüstet. Sie erfassen die radiale und axiale Unwucht und erkennen unzulässige Beulen und Einschnürungen am Reifen. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag zu mehr Zuverlässigkeit und Qualität, bei der Herstellung einer der Komponenten mit der höchsten Sicherheitsrelevanz im Automobil und Nutzfahrzeugbau. Außerdem kann durch das Messprinzip an der Bandoberfläche unabhängig von Legierungen gemessen werden. Dickenmessung von Laufflächen und Seitenwänden Die Systeme der Reihe TTP 8301 arbeiten auf Basis des Lichtschnittverfahrens, bzw. traversierender Triangulation. Sie sind in Form von O-Rahmen aufgebaut und generieren bei der berührungslosen Messung der Geometrie von Gummibahnen vortreffliche Resultate. Sie leisten damit einen wichtigen Beitrag zu hoher Qualität und effizienter Prozessregelung in der Reifenproduktion. Die Systeme arbeiten im Differenzbetrieb, d.h. aus zwei Abstandssignalen wird die Dicke des Materials ermittelt. Während beim TTP 8301.I eine Laserlinie auf das Material projiziert wird, welche dann mit einer Kamera aufgenommen wird, ist im System TTP 8301.CT je ein Wegsensor im Unter- und Obergurt des O-Rahmens auf einem Schlitten integriert. Aus dem Abstand der Sensor- bzw. Kameraanordnungen zueinander und der Summe ihrer Signale resultiert die Dicke des zu messenden Material Neben einer vollautomatischen in-situ Kalibration verfügen die Systeme über temperaturinvariante Kompensationselemente, mit deren Hilfe die Unabhängigkeit der Messung von Temperatureinflüssen gegeben ist. Damit sind sie prädestiniert für den Einsatz in rauher Industrieumgebung und sind außerdem in der Lage ihre Präzision zu jedem Zeitpunkt inline nachzuweisen. Alle eingesetzten Sensortechnologien messen berührungslos, verschleißfrei und ohne Isotopen- oder Röntgenstrah-

Die richtige Wahl Die berührungslose Messtechnik überzeugt durch hohe Präzision und Messgeschwindigkeit, kompakte Größe und schnelle Datenverarbeitung. Dem Anwender stehen verschiedene Messsysteme zur Verfügung. Jedes Messprinzip hat seine Besonderheiten, Vorteile und Einschränkungen, die berücksichtigt werden müssen. Einfache Sensoren für Standardanwendungen können nach Katalog oder im Internet ausgewählt und bestellt werden. Anspruchsvolle Anwendungen mit höherer Auflösung, Robustheit, Temperaturstabilität, Linearität oder besonderen Montage- und Einbaubedingungen erfordern dagegen oft Speziallösungen und Kundenanpassungen. Eine optimale Lösung setzt eine qualifizierte messprinzipunabhängige technische Beratung voraus.

Real Time Surface Compensation (RTSC) Einzigartige Eigenschaft der Serien optoNCDT 1700, 1810, 2200 und 2220. Mit dieser Funktion wird der Reflexionsgrad des Messobjekts während der laufenden Belichtung gemessen und in Echtzeit ausgeregelt. Selbst bei einem Oberflächenwechsel von Schwarz auf Weiß zeigt das Signal keine sprunghaften Änderungen oder falsche Daten.

Ausgabe 08

Sensorik

Schwerpunkt

Präzision hoch fünf Die wichtigsten lasertriangulationsbasierten Sensoren und Messsysteme Der Schnelle optoNCDT 1630

Der Außergewöhnliche optoNCDT 1700BL

Der Problemlöser optoNCDT 2300LL

Der analoge Laser-Punkt-Sensor der Baureihe optoNCDT 1630 ist besonders für schnelle Messungen von Weg, Abstand und Position geeignet. Die Baureihe LD 1630 erreicht eine maximale Grenzfrequenz von 100 kHz. Zur optischen Anpassung an variierende Messobjektoberfläche verfügt die Baureihe über eine automatische Lichtstärkenregelung. Mit dem Universalcontroller CSP 2008 können mehrere Sensoren zu Messsystemen (z.B. für Dickenmessung) erweitert werden.

Die Laser-Punkt-Sensor optoNCDT 1700BL mit der Blue-Laser-Technik misst präzise und zuverlässig auf glühende Metalle und glühendes Silizium. Der blauviolette Laser bringt hier entscheidende Vorteile. Auch bei Messungen auf organische Stoffe wie Funiere, Holz oder Haut trägt der blaue Laser zu hoher Präzision bei. Durch den kurzwelligen blau-violetten Laser dringt das Licht nicht in das Messobjekt ein bzw. weist eine deutlich bessere Stabilität auf.

Anstelle des herkömmlichen Laserpunkts projiziert der Laser-Sensor der Serie optoNCDT 2300LL eine winzige Laserlinie auf die Messobjektoberfläche. Dank dieser Laserlinie eignet sich der optoNCDT 2300LL besonders für präzise Weg- und Abstandsmessungen auf glänzende sowie poröse und raue Oberflächen. Die hohe Messrate von bis zu 49 kHz erlaubt es, in schnellen Prozessen zuverlässig zu messen. Die Parametrierung des Lasersensors erfolgt über ein Webinterface, das über die Ethernet-Schnittstelle angesprochen wird.

Details

Grenzfrequenz max. 100 kHz Messbereiche: 0,5 bis 50 mm Linearität max. 1 µm Auflösung max. 0,02 µm Ethernet- & Analog-Schnittstellen Kompakte Bauform Software-Tool zum Auslesen der Messwerte

Messbereich: 20 bis 1000 mm Linearität max. 16 µm Auflösung max. 1,5 µm Einstellbare Messrate bis 2,5 kHz Analog- und Digitalausgang Integrierter Controller Real-Time-Surface-Compensation Frei programmierbare Grenzwertschalter

Anwendung Vibrationsmessung Crashtests Prüfanlagen für Schwingungselemente Positionskontrolle von Kolben Planheitskontrolle

Link zum Produkt: http://bit.ly/1ghJY97

Ausgabe 08

Anwendung Für glühendes Metall (bis 1600°C), Silizium (bis 1150°C) sowie organische Stoffe

Details Messbereich: 2 bis 50 mm Linearität max. 0,6 µm Auflösung max. 0,03 µm Einstellbare Messrate bis 49,02 kHz Schnittstellen: Ethernet, EtherCAT, RS422 und analog Advanced Real-Time-SurfaceCompensation Integrierter Controller Komfortables Webinterface

Anwendung Messungen gegen glänzende und strukturierte Oberflächen.

Video: Messprinzip BlueLaser-Triangulation http://bit.ly/1nZcBOS

Link zum Produkt: http://bit.ly/OaIpnq

Schwerpunkt

Der Automatisierer scanCONTROL 2900

Das 24/7-Messsystem thicknessCONTROL MTS 8201

Der Laser-Linien-Sensor scanCONTROL 2900 mit integriertem Controller ist in einem 380g-leichten Aluminiumgehäuse untergebracht. Der nur zigarettenschachtelgroße Sensor besticht mit großem Funktionsumfang: Bis zu 4000 Profile pro Sekunde werden an den PC zur Weiterverarbeitung übertragen. Gleichzeitig können die digitalen Eingänge zur Synchronisation, Triggerung oder als Encodereingang genutzt werden. scanCONTROL 2600/2900 eignet sich besonders für Anwendungen, die ein geringes Sensorgewicht voraussetzen.

Die Systeme der Reihe MTS 8201 sind als O-Rahmen aufgebaut und beeindrucken in der Dickenmessung vor allem bei großen Materialbreiten durch ihre Stabilität und Genauigkeit. Bei ihrem Einsatz in Walzwerken und Servicecentern liefern sie für die Regelung der Produktion sowie in der Qualitätskontrolle Messergebnisse mit höchster Präzision. Die Systeme arbeiten traversierend im Differenzbetrieb, d.h. im Unter- und Obergurt des O-Rahmens ist jeweils ein applikationsspezifischer Wegsensor (Laser-Punkt-Sensor, Laser-Scanner, kapazitiver Sensor) auf gekoppelten Schlitten integriert.

Details Sehr kompakt und hochgenau Elektronik komplett integriert Ethernet GigE-Vision / RS422 Direkte Einbindung in SPS Messrate bis zu 2.560.000 Punkte/sec Bis zu 1280 Punkte/Profil

Anwendung Moderne Fertigungslinien Befestigung am Roboterarm

Video: Laser-Linien-Triangulationssensor http://bit.ly/OaIuHC

Aus der Differenz des Abstands der Sensoren zueinander und der Summe ihrer Signale resultiert die Dicke des zu messenden Materials. Auf den traversierenden Schlitten befinden sich ferner Hochgeschwindigkeits-Lasertaster, um die Breite des Materials (in Spaltanlagen auch die Breiten der einzelnen Ringe) zu messen. Neben einer vollautomatischen Kalibrierung verfügen die Systeme optional über temperaturinvariante Kompensationsrahmen, mit deren Hilfe die Unabhängigkeit der Messung von Temperatureinflüssen gegeben ist. Damit sind sie prädestiniert für den Einsatz in rauer Industrieumgebung und sind außerdem in der Lage ihre Präzision zu jedem Zeitpunkt inline nachzuweisen.

Sensorik

Alle eingesetzten Sensortechnologien messen berührungslos, verschleißfrei und ohne Isotopen- oder Röntgenstrahlung. Sie liefern damit langfristig zuverlässige Daten, legierungsunabhängig und ohne Folgekosten zu generieren.

Details Materialbreite bis 4000 mm Materialdicke von <1 mm bis 200 mm Messgenauigkeit ab ±5 μm

Anwendung Messung des Dickenprofils in Warm- und Kaltwalzwerken Spaltanlagen Beschichtungsanlagen Biegeanlagen Ziehanlagen Richt- und Schneidanlagen

Video: Berührungslose Dickenmessung von Aluminium http://bit.ly/1lDb7Z9

Ausgabe 08

Sensorik

Im Visier

Freie Kapazit채ten in der Sensorik

Ausgabe 08

Im Visier

Sensorik

Physikalische Grundlagen des kapazitiven Messprinzips Das kapazitive Messprinzip gehört zu den klassischen Verfahren der industriellen Weg-, Abstands- und Positionserfassung. Die kapazitiven Sensoren arbeiten berührungslos, verschleißfrei und nanometergenau und werden in unterschiedlichsten Branchen eingesetzt: nicht nur in der Produktion, sondern auch im Labor und Operationssaal.

Das Messprinzip Beim kapazitiven Messprinzip bilden Sensor und Messobjekt „Platten“ eines idealen Kondensators: Durchfließt ein Wechselstrom mit konstanter Frequenz und Amplitude den Sensorkondensator, so ist die Amplitude der Wechselspannung am Sensor proportional dem Abstand zum Messobjekt.

Das kapazitive Messprinzip. Der Schutzring erzeugt ein deutlich homogeneres Messfeld als es ohne Schutzring der Fall wäre. Kapazitive Sensoren zählen zu den präzisesten Messsystemen überhaupt - es werden Auflösungen von weit unter einem Nanometer erzielt. Da thermisch bedingte Leitfähigkeitsänderungen des Messobjekts keinen Einfluss auf die Messung haben, ist das Prinzip auch bei starken Temperaturschwankungen stabil. Im Messprozess kann sich das Feld auch seitlich der Elektrode ausbreiten. In diesem Fall konnte eine fehlerhafte Abstandsinformation vermittelt werden. Um diesen Randeffekt zu vermeiden, wird um die Elektrode ein Schutzring montiert. Er dämmt das Feld ein und erzeugt ein homogenes Messfeld.

Die vom Schutzring ausgehenden Feldlinien werden bei der Messung nicht berücksichtigt. Dadurch wird eine lineare Kennlinie erreicht. Hohe Messpräzision setzt bestimmte Messbedingungen voraus: Die Umgebung muss sauber und trocken sein, da Änderungen des Materials zwischen Sensor und Messobjekt eine empfindliche Auswirkung auf das Signal haben. Ebenfalls ist auf die relativ geringe Kabellänge zwischen Sensor und Controller zu achten. Beim Standardgerät mit integriertem Vorverstärker ist sie mit 1 m definiert (je nach Modell sind bis 3 m möglich). Mit einem externen Vorverstärker sind zusätzlich bis zu 20 m Abstand zwischen Controller und Vorverstärker möglich. Soll der Sensor einen Messbereich von mehreren Millimetern aufweisen, steigt die Größe der Sensorgeometrie immer schneller. Als elektromagnetisches Verfahren misst ein kapazitives Messsystem auf alle Metalle mit stabiler Empfindlichkeit und Linearität. Für eine konstante Messung ist eine gleichbleibende Dielektrizitätskonstante zwischen Sensor und Messobjekt eine wichtige Voraussetzung, da das Messsystem empfindlich auf Änderungen des Dielektrikums im Messspalt reagiert. Kapazitive Sensoren messen auch gegen Isolatorwerkstoffe, da diese als geändertes Dielektrikum erfasst werden.

Software, hinzufügen oder entfernen. Der neue Controller besitzt eine Ethernet- und EtherCATSchnittstelle; die Bedienung erfolgt per WebOberfläche. Wie bei den früheren Modellen, können alle kapazitiven Wegsensoren von Micro-Epsilon ohne weitere Kalibrierung an den Controller angeschlossen werden. Um die Genauigkeit der Messergebnisse zu erhöhen, können kundenspezifische Kennlinien abgespeichert werden. Zusammenfassung Kapazitive Sensoren werden überall dort eingesetzt, wo präzise und stabile Ergebnisse gefordert werden. Sie werden verwendet um Vibrationen, Auslenkung, Ausdehnung, Weg, Durchbiegung, Verformung, Dicke u.a. zu messen.

Kontakt: Dipl.-Ing. Stefan Stelzl Produktmanager capaNCDT stefan.stelzl@micro-epsilon.de

Kapazitiver Controller nach Baukastenprinzip Für den flexiblen Einsatz der kapazitiven Sensoren, stellte der Sensorikspezialist Micro-Epsilon einen neuen Controller capaNCDT 6200 vor, der auf bis zu 4 Messkanäle erweitert werden kann. Die zusätzlichen Kanäle kann der Benutzer selbst, ohne Einschränkungen in der Leistungsfähigkeit und Bedienbarkeit der

Ausgabe 08

Sensorik

Messe-Highlights

Spindelwachstum berührungslos erfassen Werkzeugmaschinenbau I Um die Positionsfehler in einer Werkzeugmaschine zu minimieren, misst der Wirbelstromsensor die thermische Ausdehnung der Hochfrequenzspindel. Als Herzstück einer Werkzeugmaschine entscheidet die Spindel über die Maßhaltigkeit und die Oberflächengüte des zu bearbeitenden Werkstücks. Hohe Drehzahlen und Wärmeentwicklung führen zur axialen Ausdehnung der Werkzeugspindel und dem daraus resultierenden Positionsfehler bei der Werkstückbearbeitung. Der neue Miniatur-Wirbelstromsensor eddyNCDT SGS 4701 erfasst die thermische und zentrifugalkraftbedingte Ausdehnung von Hochfrequenzspindeln mittels Messung auf den Labyrinth-Ring. Die Messwerte fließen als gesetzter Offset in die CNC-Steuerung ein und kompensieren den Positionsfehler. Die Miniatur-Sensor-

Modelle haben die Abmessungen von 4,5 x 10 x 12 mm³ oder 4 x 4 x 10 mm³ und können zusammen mit dem Controller in die Werkzeugspindel integriert werden. Zur einfachen Handhabung und um möglichst hohe Genauigkeiten zu erreichen, wird das eddyNCDT SGS 4701 werkseitig auf ferromagnetische oder nicht-ferromagnetische Werkstoffe des Kunden kalibriert. Zur Temperaturkompensation des eddyNCDT SGS 4701 wird über den Widerstand der Wirbelstromspule die Temperatur des Sensors erfasst. Dieses Signal wird auch dem Kunden zur Verfügung gestellt und man kann evtl. auf eine zusätzliche Temperatur-Sensorik verzichten. Dank Einbaukompatibilität zum Vorgängermodell ist die neue miniaturisierte Sensorik jederzeit nachrüstbar. Der OEMbasierte Sensor ist ab sofort als Katalogprodukt erhältlich.

Die wirtschaftliche Abstandspräzision Automatisierung I Ein neuer kapazitiver Controller verbindet Vorteile der präzisen Messtechnik mit niedrigen Kosten. Durch die kleine Baugröße und einfache Bedienung eignet sich das capaNCDT 6110 für die Weg-, Abstands- und Positionsmessung in den verschiedensten Branchen vom Prüfstand bis zur Automatisierung. Das neue capaNCDT 6110 ist das Nachfolgeprodukt des capaNCDT 6100. Der kompakte Controller besticht durch hohe Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig niedrigen Kosten. Daher ist er besonders für OEM- und Serienanwendungen geeignet. Das System bietet eine Auflösung von 0,015% d.M. bei einer Bandbreite von 1kHz. Das

Ausgabe 08

Standardmodell ist ab Lager verfügbar. Das capaNCDT 6110 ist kompatibel mit allen Sensoren der capaNCDT-Produktserie. Die kapazitive Wegmessung gehört zu den präzisesten Messverfahren der berührungslosen Wegmessung: Dabei bilden der Sensor und das Messobjekt die „Elektroden“ eines idealen Plattenkondensators. Die Abstandsänderung der Platten beeinflusst die Gesamt-

kapazität des Systems. Über die Amplitude der Wechselspannung am Sensor wird der Abstand zum Messobjekt proportional bestimmt. Typische Anwendungsgebiete des capaNCDT 6110 sind Automatisierung, Halbleiterproduktion, Maschinenbau, Medizin und Prüfstandstechnik.

Zu sehen auf: HANNOVER MESSE 07.04.2014 - 11.04.2014 Halle 9 / Stand D05

Control / Stuttgart

turboSPEED DZ140: störsicher bis 285 ºC Motorentwicklung I Das neue wirbelstrombasierte Sensorsystem erfasst die Drehzahl von Turboladern im Prüfstand und Fahrversuch. turboSPEED DZ140 ist optimiert für dünne Turbinenradschaufeln aus Aluminium oder Titan. Das System ist temperaturstabil und extrem sicher gegen Störungen. Mit dem turboSPEED DZ140 wurde die dritte Generation der Turbolader-Drehzahlmessung auf Wirbelstrombasis etabliert. Das Sensorsystem eignet sich für Drehzahlmessungen von 200 bis 400.000 U/min.

Der im Durchmesser nur 3 mm große Sensor erreicht höchste Störfestigkeit unter schwierigen Prüfstandsbedingungen. Die inte grierte Temperaturmessung erfasst unter anderem auch die tatsächliche Umgebungstemperatur am Sensor.

06.05.2014 - 09.05.2014 Halle 1 / Stand 1304 Sensor+Test / Nürnberg 03.06.2014 - 05.06.2014 Halle 12 / Stand 337

Gerade gegenüber optischen Drehzahlmesssystemen ist dies ein entscheidender Vorteil, da somit kontinuierlich hochgenaue Messergebnisse erzielt werden. Das durchdachte Konzept ermöglicht zudem einen einfachen Sensortausch ohne Einstellarbeiten.

turboSPEED DZ140 bietet im Vergleich zu anderen WirbelstromDreh zahlmesssystemen eine um Faktoren höhere Störsicherheit. Das Messsystem DZ 140 ist resistent gegen Öl und Schmutz. Die Betriebstemperatur des MiniSensors beträgt bis 285 °C.

Laser-Scanner macht blau Automatisierung I Die Laser-Profil-Scanner der Baureihe scanCONTROL wurden um zwei Modelle mit blauer Laserdiode erweitert: scanCONTROL 26xx/BL und 29xx/BL. Die Technologie verwendet Laserdioden mit einer kurzen Wellenlänge von 405 nm. Die besonderen Eigenschaften dieses Wellenlängenbereiches ermöglichen den Einsatz unter bisher unmöglichen Bedingungen. Auch werden Messungen an Oberflächen möglich, deren Reflektions eigenschaften oder Transparenz viele optische Messungen eigentlich ausschließen würden. Die Modelle scanCONTROL 26xx/ BL und 29xx/BL bieten die gleichen herausragenden Eigenschaften, die auch die scanCONTROL 26xx und 29xx mit roter Laserdiode auszeichnen: In der besonders kompakten Bauform ist die komplette

Kontrolleinheit integriert. Dies ermöglicht den Einsatz in komplexen Maschinen, die nur wenig Platz für Sensorik lassen.

Rot glühende Metalle: Das rote Glühen blendet rote Profilscanner in der Regel. Blaue Scanner stört das hingegen nicht.

Profilfrequenzen von bis zu 4000 Hz schaffen die Grundlage für die Nutzung in Hochgeschwindigkeitsanwendungen, beispielsweise zur Schienenvermessung auf fahrenden Zügen montiert. Dabei sind verschiedene Messbereiche von 25 mm bis zu 140 mm Laserlinienlänge verfügbar.

(Halb-)transparente Materialien: Durch die kurze Wellenlänge dringt die blaue Laserlinie deutlich geringer in die Oberfläche ein, als die rote

Zur Messwertübertragung steht eine Ethernet- (UDP, Modbus) und eine serielle Schnittstelle (RS422, Modbus) zur Verfügung. Außerdem können analoge Signale oder digitale Schaltsignale über eine Output-Unit ausgegeben werden.

Organische Materialien: Auch hier zeigt sich ein deutlich geringeres Eindringverhalten des blauen Lasers und damit höhere Messgenauigkeit.

Anwendungen und Materialien, für die die blauen Laserprofilscanner scanCONTROL 26xx/BL und 29xx/ BL besonders geeignet sind:

Ausgabe 08

Sensorik

Engagement

Digitale Ortskampagne Die Ortenburger Unternehmen Micro-Epsilon Messtechnik, R. Scheuchl, Niederbayerische Schotterwerke Rieger & Seil, Sonnleitner Holzbauwerke und Kason starten die Initiative „Leben-in-Ortenburg.de“, um die Marktgemeinde Ortenburg als offenen, lebenswerten und wirtschaftstarken Ort zu präsentieren. Ziel der Initiative ist es, durch eine positive Außendarstellung insbesondere den Zuzug von Fachkräften mit deren Familien zu fördern. „Durch diesen Zuzug wird es möglich, dem demographischen Wandel entgegenzuwirken und damit die zahlreichen Angebote in der Marktgemeinde weiter auszubauen. Davon profitiert die gesamte Gemeinde – Gewerbetreibende wie auch Privatleute.“ erläutert Dr. Thomas Wißpeintner die Motivation der Initiatoren von „Leben-in-Ortenburg.de“. Ortenburg bietet laut den Initiatoren für seine Größe ein hervorragendes Angebot in den Bereichen Kinderbetreuung, Schulen, Kunst, Kultur, Kir-

che, Freizeit, Gastronomie, Einzelhandel und Vereinsleben. Attraktives Bauland, zukunftssichere Arbeitsplätze von Handwerk bis Hightech, Mehrgenerationenleben und eine offene Willkommenskultur mit konkreter Unterstützung durch die Gemeindeverwaltung runden das Angebot für interessierte Familien ab. Die neue Internetseite www.leben-in-ortenburg.de beinhaltet Imagefilm, regionale Stellenbörse und Immobilienmarkt, sowie Kurzprofile von Ortenburger Gewerben, Vereinen, öffentlichen Einrichtungen und Institutionen. Ortenburger Gewerbetreibende und Bürger können sich kostenlos auf der Webseite registrieren und ihre Angebote in Form von Kurzprofilen, Stellen- und Immobilienangeboten auf der Seite darstellen.

gewährleistet werden. Das Angebot bietet somit allen Bürgern die Möglichkeit, sich an der positiven Darstellung der Marktgemeinde Ortenburg nach innen und außen zu beteiligen. www.leben-in-ortenburg.de

Die Außenwirkung und Verbreitung des Angebotes soll über soziale Medien, Verteilung von Flyern sowie durch Verlinkung auf den Webseiten der teilnehmenden Gewerbetreibenden

Video: Willkommen in Ortenburg! http://bit.ly/1qC32YE

Vorlesung an der HS Esslingen

Integrationskalender

Der Produktmanager für Farbsensorik bei Micro-Epsilon Eltrotec, Joachim Hueber, hat im Wintersemester 2013/2014 im Rahmen der Vorlesung „Messtechnik“ mehrere Vorträge an der Hochschule Esslingen gehalten. Anhand der Farberkennung sollte den Mechatronik- und Elektrotechnik-Studenten die praktische Anwendung der optischen Messtechnik näher gebracht werden.

Die VHS-Passau hat zusammen mit niederbayerischen Unternehmen, unter anderem auch Micro-Epsilon, einen interkulturellen Kalender gestaltet. Jeden Monat erzählen deutsche und ausländische MitarbeiterInnen Geschichten von erfolgreicher Integration.

Ausgabe 08

Chronik

Sensorik

Messeauftritt damals ... und heute Seit 1968 Jahren löst Micro-Epsilon Messtechnik die schwierigsten Aufgaben für die Messung von Weg, Abstand, Position und Temperatur. Ausschlaggebend für die Vermarktung sind vor allem – damals und heute – Messeauftritte im In- und Ausland. Trotz der zunehmenden digitalen Kommunikation wird bei Micro-Epsilon der direkte Kontakt zum Kunden auf einer Messe geschätzt. Hier können Messaufgaben in Detail besprochen werden und konkrete Anfragen angeschlossen werden.

1985

1977 1977 Einer der ersten Messestände auf der Interkama

2013 1985 stellte Micro-Epsilon zum erstem Mal auf der weltweitgrößten Industriemesse, der Hannover Messe aus. Aufgrund der hohen Resonanz wird bis heute auf der Hannover Messe ausgestellt.

2013 auf der SPS/IPC/Drives präsentiert Micro-Epsilon seine Sensorik-Neuheiten auf einem 100 m2 großen Stand.

Branchenindex Automatisierung.......................... 5, 11, 20, 21 Automotive........................... 4, 6, 8, 9, 10 , 21 Botanik.......................................................... 6 F&E................................................................ 6 Metallproduktion................................... 15, 17 Werkzeugmaschinenbau............................ 20

Produktindex capaNCDT Kapazitive Wegsensoren............................................................................................ 18 colorSENSOR Universelle Farbsensoren................................................................................. 8, 22 CSP2008 Universallcontroller für bis zu 6 Sensoren..................................................................... 11 gapCONTROL Laser-Profilsensoren zur Spaltmessung........................................................ 10, 12 eddyNCDT Wirbelstrom-Wegsensoren......................................................................................... 20 ELTROTEC Technische Endoskope............................................................................................... 6 optoCONTROL Hochauflösende optische Präzisions-Mikrometer................................................ 5 optoNCDT Abstands- und Positionssensoren nach dem Laser-Triangulationsverfahren. 9, 12, 16 scanCONTROL 2D/3D Laser-Profilsensoren............................................................... 1, 12, 16, 21 thicknessCONTROL Dickenenmesssysteme für versch. Branchen....................................... 15,17 turboSPEED Drehzahl-Messystem für Turbolader....................................................................... 21

Ausgabe 08

Unsere News bei:

.com/MicroEpsilon

.com/microepsilon

www.youtube.com/MicroEpsilonSensors

www.xing.com/companies/micro-epsilonmesstechnik

ร nderungen vorbehalten / Y9760345-A081034GKE

MICRO-EPSILON MESSTECHNIK GmbH & Co. KG Kรถnigbacher Str. 15 94496 Ortenburg / Germany Tel. +49 85 42/168-0 info@micro-epsilon.de www.micro-epsilon.de