Für exakte Abstandsmessungen nutzt man oft Laser-Triangulationssensoren, da sie geometrische Größen messen und prüfen. Durch eine integrierte Ethercat-, Ethernet/IP- und Profinet-Schnittstelle können sie jetzt direkt in die Fertigungsumgebung eingebunden werden.  

Bei messenden Sensoren werden neben Genauigkeit auch hohe Mess- und Verarbeitungsgeschwindigkeiten sowie möglichst reproduzierbare Messergebnisse vorausgesetzt. Zunehmend werden moderne Schnittstellen nachgefragt, die eine einfache Anbindung in bestehende Steuerungsumgebungen erlauben. Mit der Einführung des neuen Laser-Triangulationssensors OptoNCDT 1900 mit Ethercat bietet Micro-Epsilon eine Lösung für den Einsatz in der Fabrik- und Anlagenautomatisierung. Die aktuellen Modelle sind nun mit integrierter Ethercat, Ethernet/IP- sowie Profinet-Schnittstelle ausgestattet. Durch die integrierten Feldbusschnittstellen lassen sich die Sensoren von Micro-Epsilon in Indus­trial-Ethernet-Steuerungen einbinden und bieten dadurch vor allem bei schnellen Prozessen und der Vernetzung von mehreren Geräten und Maschinen Vorteile. Durch die direkte Datenausgabe stehen die Messwerte in Echtzeit zur Verfügung. Zur schnellen Messwertaufnahme trägt zudem eine Oversampling-Funktion bei. Zur Optimierung des Signals bieten die Opto NCDT-1900-Sensoren erstmals eine zweistufige Messwertmittelung. Die Mittelung 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 für wechselnde Oberflächen

Die Opto NCDT-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 entweder analog oder digital über die Feldbus-Schnittstellen in die Anlagen- und Maschinensteuerung eingespeist werden. Der Sensor ist zudem fremdlichtbeständig und auch in stark beleuchteten Umgebungen einsetzbar.

Montage und Inbetriebnahme

Zur reproduzierbaren Befestigung ist der Opto NCDT 1900 mit einem Montagekonzept ausgestattet. Die Montage erfolgt über Passhülsen, die den Sensor automatisch in die korrekte Position ausrichten. Dies ermöglicht sowohl einen einfachen Sensorwechsel sowie eine höhere Präzision bei der Ausrichtung des Lasers. Für den Betrieb des Sensors ist keine externe Steuereinheit erforderlich, da der Controller in das Sensorgehäuse integriert ist. Durch die geringen Abmessungen kann der Lasersensor auch in beengte Bauräume integriert werden. 

Applikationen: Positionierung von Messköpfen in Messmaschinen

Zur Vermessung von Bauteilen werden häufig Koordinaten-Messmaschinen eingesetzt. Um die schnelle Positionierung von Messköpfen zu unterstützen, werden Opto NCDT-Laser-Triangulationssensoren eingesetzt. Durch die hochentwickelte Technologie 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. Durch die kleinen Laserlinie werden Unregelmäßigkeiten kompensiert und so geglättete Messwertkurven generiert. Dies eignet sich besonders zur Ermittlung des Längstrends der Gleise. Die 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 Baugruppe notwendig. Für die hochpräzise Abstandsmessung auf die metallischen beziehungsweise lackierten Oberflächen werden Laser-Triangulationssensoren eingesetzt. Hier ist insbesondere die Fremdlichtunempfindlichkeit und die hohe Messgenauigkeit ein Vorteil.

Autor
Erich Winkler, Produktmanager Sensorik