Optische Industriesensoren für die berührungsfreie Qualitäts- und Prozesskontrolle

Berührungsfreie optische Sensoren liefern hochpräzise Messdaten, ein darauf basierendes schnelles Feedback an die Bearbeitungsprozesse und können flexibel in Fertigungsprozesse und -linien integriert werden. Zudem sind die Anwendungsfelder interferometrischer Sensoren zur Messung von Schwingung, Akustik, Geschwindigkeit, Länge und Oberflächenbeschaffenheit sehr vielfältig. Wie vielfältig zeigen die im folgenden Artikel beschriebenen Beispiele.

Vom Bedarf und der entwickelten Konzeptidee bis zum ausgereiften Produkt ist es ein langer Weg. Die Optimierung der Produkte sowie die zur Herstellung notwendigen Fertigungsprozesse spielen für den wirtschaftlichen Erfolg eine entscheidende Rolle – ob Werkstücke mit funktionaler Oberfläche wie Dichtungen oder mit gewissen Reibeigenschaften, ein neuer Hybridmotor oder die Mikrosensorik für Steuerelemente und Touchdisplays von morgen. Die Strukturen werden immer kleiner, Leichtbau wird immer wichtiger und die Halbzeuge in der Produktion werden immer effizienter genutzt. Dies stellt hohe Anforderungen an die zur Qualitätssicherung notwendige Prüftechnik – vor allem in automatisierten Prozessen und industriellen Maßstäben. Gleichzeitig müssen aufgrund der heute geforderten Nullfehlerraten zum einen Stichproben geprüft und zum anderen alle gefertigten Produkte zu 100 Prozent in End-of-line-Tests kontrolliert werden. Dies ist eine ideale Anwendung für optische Messverfahren und die interferometrischen Sensoren von Polytec.
Das entscheidende ist, dass die Messdatenerhebung mit diesen Sensoren die Messergebnisse nicht beeinträchtigt, da sie die Proben mit Licht abtasten und somit nicht berühren. Eine hohe Messwertauflösung bei einem gleichzeitig großen Messbereich gewährleistet hochpräzise Messungen mit hoher Reproduzierbarkeit und erlaubt damit eine konkurrenzlose Prüftiefe. Durch flexible Arbeitsabstände können die Sensoren nahezu uneingeschränkt und ohne zusätzliche Zustellmechanismen in die Prüfumgebung integriert werden. Dies ermöglicht hohe Taktraten bei geringem Wartungsaufwand, da kein Verschleiß mechanischer Komponenten zu erwarten ist.

Nichts außer Stille…

Elektrisch betriebene Haushaltsgeräte, Medizininstrumente und Komponenten wie Elektromotoren, Lüftungen, Getriebe oder Pumpeneinheiten sind bekannte Stör- und Lärmquellen. Wenn solche Bauteile unerwünschte Geräusche aufgrund von Schwingungen aufweisen, werden diese in der Fertigung bereits durch Industrievibrometer anhand der akustischen Signatur erkannt und aus dem Prozess geschleust. Beispiele sind Waschmaschinen, Staubsauger, elektrische Zahnbürsten, Dentalinstrumente oder Antriebe für Medizingeräte. Bei medizintechnischen Produkten geht es neben der Lautstärke vor allem um Präzision und Funktionalität, wie sie 100%-Kontrollen etwa bei Membranen von Inhalationsgeräten gewährleisten.

Geräusch- und Fehleranalyse in der Automobilindustrie

Für erforderliche Leichtbaustrukturen von Fahrzeugen sind Laservibrometer in der Fertigungsprüfung weit verbreitet. Sie werden zur Geräusch- und Fehleranalyse an Komponenten mit beweglichen Teilen, zur Analyse und Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren sowie zur Entwicklung und Validierung alternativer Antriebskonzepte oder Batteriekontaktierungen eingesetzt. Aber auch in Getrieben, Lenksystemen, Klimaanlagen, Verstellern und Kleinantrieben oder zur Materialprüfung an Carbonfaser- /CFK-Komponenten und Glühlampen besteht der Bedarf, die Strukturdynamik sicherzustellen und die FE-Modelle zu validieren.

Mikrosystemtechnik ebnet neue Wege

Bei neuen Bedienkonzepten und Sprachsteuerungen in Fahrzeugen, dem intelligenten Staubsaugermotor oder den immer leistungsfähigeren Smartphones sind MEMS-basierte Sensoren und Aktuatoren unverzichtbare Funktionselemente. Diese Technologien sind undenkbar ohne leistungsfähige Tools und Verfahren zu deren Entwicklung und Herstellung. Eine elementare Rolle spielen hierbei Mikroskop-basierte optische Messinstrumente für Test und Verifikation der mechanischen Funktionen neuer MEMS-Prototypen, für die Zuverlässigkeitsprüfung im Produktionsumfeld sowie für deren Oberflächencharakterisierung. Die statischen und dynamischen Eigenschaften von Mikrosensoren, -aktuatoren und anderen MEMS-Bausteinen lassen sich in der Produktion bereits auf Wafer-Ebene mit dem MSA-600 Micro System Analyzer prüfen.

Kein Ausschuss oder Verschnitt geduldet

Bei der Überwachung von Bahnwaren in Produktionsprozessen, wie beispielsweise Stahl und Metalle, Kunststoffe und Textilien, Kabel und Draht sowie Holz- und Konstruktionsmaterialien, kommen die Polytec ProSpeed LSV – die laseroptischen Industriesensoren für die Prozesssteuerung – zum Einsatz. LSV Laser Surface Velocimeter messen berührungsfrei auf allen Oberflächen, wo taktile Methoden an Grenzen stoßen: auf edlen Oberflächen wie Blechen, leicht verletzbaren Folien, dünnem Papier oder glühend heißem Stahl. Laservibrometer können auch im Hochfrequenzbereich die Qualität ultraschallbasierter Verbindungsprozesse zuverlässig sicherstellen, beispielsweise bei der Verschweißung von Kunststoffen oder bei der Herstellung elektrischer Verbindungen mittels Dickdrahtbonden.