Optische Messtechnik / Messtaster
Messung der Höhe- und des Höhenunterschieds
Bei der Suche nach der besten Methode zur Messung der Höhe oder des Höhenunterschieds gibt es eine Reihe wichtiger Faktoren zu berücksichtigen, darunter die Form des Objekts, die Art des Messsystems und die Installationsumgebung. Die Auswahl von Systemen die Ihre Anforderungen nicht ausreichend erfüllen, kann zu unzureichender Präzision und erhöhtem Arbeitsaufwand bei der Produktion führen. Daher ist die Wahl des richtigen Höhenmessgeräts wichtig. Diese Seite soll Ihnen helfen, den besten Weg zu finden, um diese Messung mit Sicherheit durchzuführen.
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Einpunkt-Höhenmessung
Ein 1D-Laser-Wegmesssensor ist ein reflektierender Sensortyp, der Licht auf die Oberfläche des zu messenden Objekts emittiert. Dieses Licht wird dann zurück zum Lichtempfänger im Sensor reflektiert. Anhand der Abstandsänderungen zwischen Objekt und Sensor kann der Sensor den Höhenunterschied ermitteln. Hochpräzise Wegmesssensoren werden in zwei grundlegende Kategorien eingeteilt: konfokale und Lasertriangulation.
Bei der Lasertriangulationsmethode wird mit einer Laserdiode ein Punkt auf ein Objekt projiziert, der dann von einem lichtempfangenden Element reflektiert und aufgenommen wird. Der Abstand zwischen dem Objekt und dem Sensor wird durch den Winkel des Lasers und die Position des reflektierten Lichts berechnet, das in das Sichtfeld des Lichtempfängers eintritt. Konfokale Lasersensoren hingegen werden verwendet, um hochpräzise Messungen durchzuführen und manchmal zur 3D-Rekonstruktion von Objekten mit Nanometerauflösung eingesetzt. Durch Messungen der unterschiedlichen Tiefen kann ein konfokaler Sensor die Oberflächentopografie eines Bauteils ableiten und so den Höhenunterschied zwischen verschiedenen Ebenen bestimmen.
Um die Höhe eines einzelnen Punktes effizient zu messen, verwenden Sie einen reflektierenden Laser-Wegmesssensor. Sie können die Höhe an mehreren Stellen messen, indem Sie über mehrere Sensoren kommunizieren oder mit einem Sensor über das Ziel scannen.
Höhenmessung von Dosierdüsen
Konfokaler Wegmesssensor Modellreihe CL-3000
Höhen-/Höhenunterschiedsmessung mit mehreren Messpunkten
Im Gegensatz zu 1D-Laser-Wegmesssensoren (die einen einzelnen Lichtpunkt emittieren und aufnehmen) projizieren 2D-Laser-Wegmesssensoren eine Laserlinie, die von einem internen CMOS-Sensor reflektiert und erfasst wird. Dadurch können mehrere Datenpunkte gleichzeitig gemessen werden. Dies ist nützlich, wenn sich mehrere Stufenhöhen nahe beieinander befinden.
2D-Laser-Wegmesssensoren verwenden reflektiertes Licht zur Berechnung der Abstände zwischen dem Sensor und der Oberfläche des Objekts. Ähnlich wie bei der 1D-Wegmesssensoren basiert die 2D-Messung auf der Lasertriangulationsmethode zur Quantifizierung von Höhenunterschieden.
Ein Profil der Oberfläche wird dort erstellt, wo die Laserlinie auftrifft, wodurch relative Messungen wie der Höhenunterschied erfasst werden können. Selbst wenn das Objekt gekippt ist, kann die Höhe genau gemessen werden, da der Sensorkopf über eine Funktion zur Ausrichtungseinstellung verfügt.
Höhenmessung der Anschlussklemmen
2D/3D Laser-Profilsensor Modellreihe LJ-X8000
3D Laser-Snapshot-Sensor Modellreihe LJ-S8000
Seitliche Höhen-/Höhenunterschiedsmessung mit zwei nahe beieinander liegenden Messstellen
Optische 2D-Mikrometer bestehen typischerweise aus einem Lichtsender und einem Lichtempfänger. Das System verwendet hochintensive LEDs und telezentrische Linsen, um den Lichtstrahl auf einen Hochgeschwindigkeits-CMOS-Sensor zu fokussieren und Bilder im vollen Sichtfeld aufzunehmen. Wenn ein Objekt, dessen Höhenunterschied wir messen, den Lichtstrahl unterbricht, wirft es einen Schatten oder eine Silhouette auf den CMOS-Sensor, der diese aufnimmt und in Daten umwandelt, die von den internen Systemen der Messgeräte und der zugehörigen Software verarbeitet werden.
Die Silhouette des Objekts wird projiziert, und der Höhenunterschied zwischen zwei angegebenen Merkmalen wird berechnet. Selbst wenn die Achse gekippt ist, kann die Höhe genau gemessen werden, wenn die Funktion zur Ausrichtungseinstellung verwendet wird. Die Messungen werden nicht durch die Farbe der Zieloberfläche beeinflusst.
Durchmesser der Nockenwelle zwischen den Lagerzapfen
Inline Profilprojektor Modellreihe TM-X5000
Höhen-/ Höhenunterschiedsmessung mit zwei Messstellen, die weit voneinander entfernt sind
Je nach Ihrem gewählten System können Sie einen, zwei oder mehr Laser-Wegmesssensoren an einen einzigen Controller anschließen und synchron Messungen durchführen lassen. Dies bietet Ihnen die Möglichkeit, umfassende Daten zur Messung der Höhe zu sammeln. Die Systeme unterstützen mehrere Laser-Wegmesssensoren, was ideal für die Messung der Höhenunterschiede an größeren Objekten, wie z. B. einem Fahrzeug, ist.
Um die Höhe eines einzelnen Punktes effizient zu messen, verwenden Sie einen reflektierenden Laser-Wegmesssensor. Sie können die Höhe an mehreren Stellen messen, indem Sie über mehrere Sensoren kommunizieren oder mit einem Sensor über das Ziel scannen.
Höhenmessung von Fahrzeugen
Ultraschnelle und hochgenaue Laser-Wegmesssensoren Modellreihe LK-G5000
Vorsichtsmaßnahmen bei der 1D Höhenmessung
Die Auswirkung der Neigung des Sensorkopfes
Wenn die optische Achse nicht senkrecht zum Zielobjekt steht, tritt ein Messfehler auf, der durch den Winkel θ im Höhenwert verursacht wird, wie in Abbildung 1 gezeigt.
Wenn θ größer als 0,8° ist, beträgt der Messfehler ca. 0,01 %, korrigieren Sie also die Neigung im Voraus, wenn Sie sich Sorgen über ihre Auswirkungen machen. Sie können die Neigung leicht korrigieren, indem Sie ein Master-Werkstück vorbereiten und die Skalierungseinstellungen verwenden.
Abbildung 1
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1Neigung der optischen Achse θ
Transparente Objekte und Objekte mit hochglanzpolierten Oberflächen
Wenn es sich bei dem Ziel um ein transparentes Objekt oder ein Objekt mit spiegelnder Oberfläche handelt, müssen Sie den Sensorkopf in einem Winkel anbringen, der halb so groß ist wie der Winkel des projizierten und empfangenen Lichts α in Bezug auf das Ziel, wie in Abbildung 2 gezeigt. (Bei Verwendung der Triangulationsmethode.)
Wenn es sich bei dem Ziel um ein transparentes Objekt handelt, ist es für eine stabile Messung wichtig, dass das transparente Objekt mindestens eine bestimmte Dicke aufweist. Ist das Objekt dünn, kann der gemessene Wert für die Vorderflächenhöhe aufgrund des Lichts, das von der Rückseite des transparenten Objekts reflektiert wird, niedriger sein als er sein sollte. Die minimalen Dickengrenzen, die eine stabile Messung gewährleisten, variieren je nach Sensorkopftyp, der Transparenz des Messobjekts und der Reflektivität der Rückseite.
Abbildung 2
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1α/2
Vorsichtsmaßnahmen bei der 2D Höhenmessung
Die Auswirkung der Neigung des Sensorkopfes
Steht die optische Achse des 2D-Laser-Wegmesssensors nicht senkrecht zum Zielobjekt, tritt ein durch den Winkel θ verursachter Messfehler im Höhenwert auf, wie in Abbildung 3 dargestellt. Je größer der Abstand (X) zwischen den beiden für die Höhe gemessenen Punkten ist, desto größer ist der Messfehler.
Selbst wenn die Neigung θ nur 0,1° beträgt, beträgt der Messfehler bei X = 30 mm etwa 50 μm. Daher wird die Neigungskorrekturfunktion in der Regel bei der Durchführung von Höhenunterschiedsmessungen verwendet.
Abbildung 3
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1Neigung der optischen Achse θ
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2Höhenunterschied
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3Gemessener Wert
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4Abstand zwischen zwei Punkten (X)
Transparente Objekte und Objekte mit hochglanzpolierten Oberflächen
Wenn es sich bei mindestens einer der bei der Höhe gemessenen Oberflächen um ein transparentes Objekt oder ein Objekt mit spiegelnder Oberfläche handelt, installieren Sie den Sensorkopf in einem Winkel, der halb so groß ist wie der Winkel des projizierten und empfangenen Lichts α in Bezug auf das Ziel, wie in Abbildung 4 gezeigt.
Die korrekte Auswahl des Messkopfes, für die Verwendung mit transparenten Objekten und Objekten mit hochglanzpolierten Oberflächen, ist entscheidend. Darüber hinaus muss das Ziel, wenn es sich um ein transparentes Objekt handelt, mindestens eine bestimmte Dicke aufweisen, damit die Oberflächenhöhe genau gemessen werden kann.
Wenn das Objekt dünn ist, kann der gemessene Wert für die Höhe der Vorderseite niedriger sein, als er sein sollte, da das Licht von der Rückseite des transparenten Objekts reflektiert wird. Die minimalen Dickengrenzen, die eine stabile Messung gewährleisten, variieren je nach Sensorkopftyp, der Transparenz des Messobjekts und der Reflektivität der Rückseite.
Abbildung 4
Links: Vorderseite / Rechts: Seite
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1Transparente / Spiegelnde Oberfläche
Welche Methode ist besser? Taktil vs. berührungslos
Messen von elastischen Objekten
Wenn die Sonde mit einem elastischen Objekt in Berührung kommt, kann das Objekt zusammengedrückt werden, was zu einem entsprechenden Messfehler führt. Darüber hinaus können Objekte, die besonders weich oder sogar zerbrechlich sind, Oberflächenschäden erleiden, die Höhenmessung erschweren.
Mit der berührungslosen Messung ist es möglich, Objekte zu messen, die sich verformen, wie z. B. weiche Objekte und Flüssigkeitsoberflächen.
Messen von feinen Materialien
Bei dünnen und feinen Messobjekten ist es notwendig, das Ziel nach unten zu halten, um sicherzustellen, dass es nicht auf einem Luftspalt schwebt, um die Oberflächenhöhe genau zu messen.
Bei der Kontaktmessung drückt die Sonde auf die Zieloberfläche, wodurch Fehler ausgeschlossen werden, die durch das in der Luft schwebende Objekt verursacht werden. Aus diesem Grund ist die taktile Methode für diese Art der Messung besser geeignet als die berührungslose Methode.
Messen von Vertiefungen
Taktile Messverfahren und zugehörige Werkzeuge sind oft recht umfangreich, was bei der Messung von Höhenunterschieden im Mikrometer- und Nanometerbereich eine Herausforderung darstellt. Bei einem berührungslosen Laser-Wegmesssensor ist der Messpunkt (der von wenigen Mikrometern bis zu Hunderten von Mikrometern groß ist) in der Regel kleiner als die Sonden, die bei der taktile Messung verwendet werden. Dadurch ist es möglich, die Grundhöhe von schmaleren Vertiefungen mit der berührungslosen Methode genau zu messen.
