Laser-Abstandssensoren
Die Laser-Wegmesssensoren von KEYENCE ermöglichen die berührungslose Messung von Höhe, Position oder Abstand eines Messobjekts. Durch die Kopplung mehrerer Sensoren können auch Messungen von Dicke oder Breite durchgeführt werden. Hochpräzise Wegmesssensoren können in zwei Kategorien eingeteilt werden: konfokale und Lasertriangulationssensoren. Beide bieten genaue, zuverlässige Lösungen für berührungslose Messungen, aber je nach Anwendung kann ein Typ einen Vorteil gegenüber dem anderen bieten.
Produktpalette : Präzisionsmessungen (Reflexions-Distanzsensoren)
Konfokale Wegmesssensoren, häufig auch als Laser-Abstandssensoren bezeichnet, wie der 1D-Laser-Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000, können durch ein einzigartiges Verfahren hochpräzise Messungen auf beliebigen Materialien oder Oberflächen gewährleisten. Durch den konfokalen Sensor ist eine stabile Messung unterschiedlichster Materialien von schwarzem Gummi bis hin zu transparenten Folien möglich, ohne dass die Montage- oder Messeinstellungen angepasst werden müssen. Da der Sensorkopf nur aus einem Objektiv besteht, ist er besonders kompakt und leicht, was eine einfache Installation selbst bei stark beengten Platzverhältnissen oder an Robotern ermöglicht. Die gesamte Elektronik befindet sich außerhalb des Messkopfes und sorgt für ein stabiles Messergebnis, das nicht durch Abwärme oder elektrisches Rauschen beeinträchtigt wird. Dank des Vierfach-Verarbeitungssystems und der Ausrichtungsfunktion für die optischen Achse ist diese Modellreihe für eine Vielzahl von Branchen und Anwendungen geeignet.
Die Triangulations-Laser-Wegmesssensoren der Modellreihe LK-G5000 bieten ultraschnelle und hochpräzise Messungen für jede beliebige Anwendung. Durch den Einsatz modernster Hardware wie dem RS-CMOS und dem HDE-Objektiv liefern die Sensoren zuverlässige Ergebnisse für eine Vielzahl von Materialien, auch bei schwach reflektierenden Oberflächen. Diese Technologie sorgt für einen Sensor mit hervorragender Linearität (0,02% von F.S.) und Wiederholgenauigkeit (0,005 µm). Mit einer maximalen Abtastfrequenz von 392 kHz erfasst die Modellreihe LK-G5000 zuverlässig hohe Schwingungsfrequenzen oder kleine Schwankungen bei sich schnell bewegenden Messobjekten. Dank der für eine Vielzahl von Branchen und Anwendungen geeigneten Messköpfe kann der Anwender den idealen Sensor entsprechend seinen Anforderungen an Messbereich, Genauigkeit und Lichtpunktgröße auswählen.
Die hochpräzisen Laser-Wegmesssensoren der Modellreihe LK-G3000 verwenden ein speziell entwickeltes Li-CCD-Element (linearisiertes CCD) und ein Ernostar-Objektiv, um eine flexible Lösung für die Wegmessung zu bieten. Für ein vielfältiges Anwendungsgebiet, bietet die Modellreihe eine breite Palette von Sensorköpfen für Anwendungen, die eine hohe Genauigkeit oder einen großen Abstand erfordern. Mit einer maximalen Reichweite von 1 Meter, kann die Modellreihe eine vielzahl von Anwendungen lösen. Die Sensoren verfügen über eine Funktion zur automatischen Anpassung der Einstellungen (ABLE-Einstellung), um die Reflexion von verschiedenen Oberflächen zu optimieren, wodurch eine stabile Messung von transparenten, gummierten oder metallischen Materialien möglich ist.
Produktpalette : Reflexions-Distanzsensoren
Mit dem bildbasierten Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX kann eine Höhenmessung überall innerhalb des Erkennungsbereichs durchgeführt werden. Dank der kamerabasierten Bilderkennung kann die Höhe der Messpunkte auch dann erfasst werden, wenn Prüfobjekte nicht perfekt auf der Fertigungslinie ausgerichtet sind. Die Höhe, in der der Laser auf das Prüfobjekt trifft, variiert bei Neigung oder Verkippung des Prüfobjekts. Die Modellreihe IX kann jedoch den Höhenunterschied zu einem Referenzpunkt erkennen. In einer Fertigungslinie kann mit einem einzigen Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX nicht nur die Anwesenheitskontrolle von Bauteilen, sondern auch Sitzprüfungen und andere höhenbasierte Inspektionen durchgeführt werden. Dank der Erkennung von Höhenunterschieden bietet die Modellreihe IX auch bei Reflektion durch glänzende Metalloberflächen oder wenn der Messpunkt die gleiche Farbe wie der Hintergrund hat, eine stabile automatische Inline-Differenzierung und ist damit frei von Erkennungsfehlern.
Multi-Funktions-CMOS-Analoglasersensoren der Modellreihe IL sind Reflexions-Laser-Wegmesssensoren, die ein sehr hohes Erkennungsvermögen und hohe Stabilität zu einem ausgezeichneten Preis-Leistungs-Verhältnis bieten. Eine stabile Erkennung ist ohne Anpassung an dem Prüfobjekt oder dessen Oberflächenbeschaffenheit möglich, so dass die Modellreihe IL in Fertigungslinien integriert werden kann, um das Einrichten, Umrüsten und Produktwechsel zu erleichtern. Mit einer breiten Palette an Messköpfen, einschließlich hochpräziser Modelle und Modelle mit großer Reichweite (bis zu 3,5 m), können diese Lasersensoren dank ihres großen Dynamikbereichs und ihrer Umweltbeständigkeit in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden. Die Wiederholgenauigkeit von 1 μm ermöglicht den Einsatz in Messumgebungen mit geringen Toleranzen, die bisherige Sensoren nicht zuverlässig gewährleisten konnten.
Die 1D-Laser-Wegmesssensoren von KEYENCE ermöglichen die berührungslose Messung von Höhe, Position oder Abstand eines Messobjekts. Durch die Kopplung mehrerer Sensoren können auch Messungen von Dicke oder Breite durchgeführt werden. Hochpräzise Wegmesssensoren können in zwei Kategorien eingeteilt werden: Konfokale Wegmesssensoren und Triangulations-Wegmesssensoren. Beide bieten genaue, zuverlässige Lösungen für berührungslose Messungen, aber je nach Anwendung kann ein Typ einen Vorteil gegenüber dem anderen bieten.
Im Folgenden sind die verschiedenen Arten von 1D-Laser-Abstandssensoren sowie deren Messprinzipien und Vorteile beschreiben.
Mehrfarbiges Konfokalverfahren
Konfokale Wegmesssensoren emittieren und empfangen Licht auf der gleichen Achse. Mehrfarbige konfokale Wegmesssensoren verwenden eine mehrfarbige Lichtquelle, die Licht mit unterschiedlichen Brennweiten für jede Wellenlänge aussendet. Der Sensor misst den Abstand zur Oberfläche, indem er erkennt, welche Farbe gerade auf ein Messobjekt gerichtet ist. Die Sensoren der Modellreihe CL-3000 von KEYENCE arbeiten mit einer helleren Lichtquelle als konventionelle Modelle und liefern stabile Messergebnisse über den gesamten Messbereich, unabhängig vom Reflexionsgrad der Oberfläche.
Laser-Triangulationsverfahren
Triangulations-Laser-Wegmesssensoren nutzen den Rückstrahlwinkel des vom Messobjekt reflektierten Lichts zur Positionsberechnung. Das Laserlicht wird vom Sensor ausgestrahlt und von der Oberfläche des Messobjekts reflektiert. Ein Teil dieses reflektierten Lichts wird durch eine Linse auf das Empfangselement im Sensorkopf fokussiert. Je nach Abstand des Messobjekts zum Sensor ändert sich der Rückstrahlwinkel des Lichts und trifft auf eine andere Position am Empfänger, die dadurch erkannt werden kann. Die Modellreihe LK-G5000 verwendet ein hochauflösendes CMOS, um kleine Wegänderungen stabil zu messen.
Konfokale Oberflächenabtastung
Oberflächenabtastende konfokale Laser-Wegmesssensoren verwenden eine Stimmgabel, um eine Objektivlinse schnell in Schwingung zu versetzen. Dadurch wird der Brennpunkt des Lasers mit hoher Geschwindigkeit durch den Messbereich auf und ab bewegt. Das reflektierte Licht wird auf eine Lochblende fokussiert, durch die ein Teil des Lichts in das Lichtempfangselement gelangt. Sobald das Licht auf das Messobjekt gerichtet ist, wird gebündeltes Licht durch die Lochblende geleitet. Dadurch wird die Position der Objektivlinse erfasst und mit der Position des Messobjekts abgeglichen. Die Modellreihe LT-9000 von KEYENCE verwendet eine Stimmgabel für die Abtastung in der Z-Achse und eine oszillierende Einheit für die Abtastung in der X-Achse, wodurch eine hohe Genauigkeit und Stabilität erreicht wird, während gleichzeitig ein sehr kleiner Lichtpunkt von ø2 µm verwendet wird.
Vorteile von Laser-Abstandssensoren
Ein wesentlicher Grund dafür, dass diese Sensoren Messobjekte mit unterschiedlichen Materialien und Eigenschaften messen können, liegt in ihrer Fähigkeit, hochpräzise berührungslose Messungen durchzuführen. Je nach Anwendung oder Material des Messobjekts (z. B. transparente oder glänzende Messobjekte) kann der optimale Laser-Wegmesssensor ausgewählt werden.
Besteht das Messobjekt aus Metall oder einem anderen harten Material, das nicht leicht zerkratzt, kann es mit einem Messschieber, Mikrometer oder einem anderen taktilen Instrument gemessen werden, oder aber mit einem LVDT (linearer variabler Differentialtransformator) bzw. einem anderen taktilen Wegmesssensor bei einer Inline-Messung. Bei weichen Messobjekten können jedoch aufgrund des Messdrucks Fehler auftreten. Bei empfindlichen Messobjekten, deren Qualität durch Berührung beeinträchtigt wird, wie z. B. Wafern, dünnen Folien und empfindlichen haarfeinen Metalloberflächen, können berührungslose Laser-Wegsensoren verwendet werden, um Messungen durchzuführen, ohne dass Fehler und Schäden am Messobjekt zu befürchten sind. Da sie eine stabile, berührungslose Messung auch von transparenten oder glänzenden Oberflächen erlauben, ermöglichen Laser-Wegsensoren ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten.
Bei der Automatisierung von Prozessen wie Beschichtung, Schweißen und Bauteilmontage ist eine genaue Positionierung von Aktoren und/oder Werkzeugen notwendig. Der kompakte und leichte Messkopf der Laser-Wegmesssensoren mit Mehrfarben-Konfokalverfahren von KEYENCE lässt sich problemlos installieren und ermittelt genau den Abstand zum Messobjekt, was eine hochpräzise Positionssteuerung ohne Beeinträchtigung des Prozesses selbst ermöglicht.
Der konfokale Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000 verfügt über eine separate optische Einheit und wurde mit nur einem einzigen Objektiv im Sensorkopf konzipiert, was eine einfache Installation ermöglicht. Die Messung erfolgt mit koaxialem Licht, so dass auch die Höhe von schmalen Nuten ohne Beeinträchtigung durch tote Winkel gemessen werden kann. Durch die spezielle Konstruktion des Sensorkopfs wird keine Abwärme oder elektrisches/magnetisches Rauschen erzeugt, wodurch eine hochpräzise und stabile Messung gewährleistet wird. Zur Regelung von Prozessen können Laser-Wegmesssensoren die Höhe von Messobjekten sehr schnell messen und diese Informationen an die regelnde Steuerung zurückmelden. So können Höhen von stufenförmigen Messobjekten oder Messobjekten, die während des Transports leicht geneigt sind, in Echtzeit gemessen werden. Hierdurch kann die Qualität in automatisierten Prozessen verbessert oder gewährleistet werden.
Anwendungsbereiche von Laser-Abstandssensoren
Dickenmessung von Glas (einseitig gemustert)
Bei unterschiedlichen Oberflächenreflexionen zwischen der Glasoberfläche und der Musteroberfläche kommt es bei der Dickenmessung mit Laser-Wegmesssensoren, die auf beiden Seiten der Glasscheibe positioniert sind, traditionell zu Abtastfehlern an der Musteroberfläche. Mit dem konfokalen Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000 wird die Position gemessen, an der sich das gebündelte Licht im Fokus befindet. Dies ermöglicht eine stabile und hochpräzise Messung, die nicht von unterschiedlichen Helligkeiten des vom Messobjekt reflektierten Lichts beeinflusst wird. Dies minimiert die Auswirkung von Abtastfehlern und verkürzt die Prüfzykluszeit.
Messung und Steuerung der Höhe der Dispenserdüse
Um eine moderne, hochpräzise, automatische Beschichtung zu gewährleisten, ist nicht nur ein ausgeklügelter Dispenserroboter erforderlich, sondern auch ein leistungsstarker Wegmesssensor, der sich zusammen mit der Düse bewegt und als Auge des Dispensers fungiert. Indem der konfokale Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000 so installiert wird, dass er der Dispenserdüse folgt, wird die Höhensteuerung der Düse anhand von Echtzeitmessung und Soll-Höhen-Feedback ermöglicht. Der kompakte und leichte Kopf kann einfach neben der Dispenserdüse installiert werden und reduziert Restvibrationen bei Betriebsstillstand. Die mehrfarbige konfokale Technologie nutzt ein Koaxialsystem, um einen größeren Messbereich zu ermöglichen. Ebenso gewährleistet sie eine stabile Höhenmessung und Rückmeldung, ohne von den transparenten, spiegelnden oder glänzenden Oberflächen von Materialien oder von Formen wie konkaven Oberflächen, Höhenunterschieden und geneigten oder abgerundeten Oberflächen beeinträchtigt zu werden.
In der Messbibliothek finden Sie ausführliche Erläuterungen zu den Grundlagen der Messtechnik, zur Auswahl von Messsystemen und zu Anwendungslösungen. Darüber hinaus finden Sie Informationen über die verfügbaren Arten und Prinzipien der Messung mit Laser-Abstandssensoren sowie Fallstudien, in denen Probleme durch den Einsatz solcher Sensoren gelöst wurden.
Auf dieser Website werden bewährte Lösungen für Laser-Profilsensoren sowie unsere anderen Laser-Wegmesssensoren und Messsysteme für verschiedene Industriezweige vorgestellt. Darunter Finden Sie Beispiele aus der Automobilindustrie, Folien- und Blechindustrie sowie für Herstellung elektrischer und elektronischer Bauteile. Die gezeigten Anwendungen werden dabei auch nach Messtypen wie Dicke, Breite, Höhe, Höhenunterschied und 3D-Prüfungen kategorisiert.
Häufig gestellte Fragen zu Laser-Abstandssensoren
Konfokale Wegmesssensoren der Modellreihe CL-3000 können nicht nur transparentes Glas, sondern auch eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien und Formen von Messobjekten mit hoher Präzision stabil messen. Durch die berührungslose Messung wird das Glas nicht beschädigt. Mit der Modellreihe CL-3000 können bis zu sechs Sensorköpfe gleichzeitig an ein einziges Steuergerät angeschlossen werden. So lässt sich z. B. die Ebenheit des Glases stabil prüfen, indem die vier Seiten und die Mitte des Glases mit einem System bestehend aus einem Steuergerät und fünf Sensorköpfen oder indem sechs Seiten mit vier bis sechs Sensorköpfen gemessen werden.
Bei der Messung mit einem Laser-Wegmesssensor treten in der Regel diffuse Reflexionen auf, da das Laserlicht in das Innere der Leiterplatte eindringt. Dies kann zu instabilen Messwerten führen. Konfokale Wegmesssensoren der Modellreihe KEYENCE CL-3000 können Laserlicht mit mehreren Wellenlängen aussenden, um genau das Wellenlängenband des Lichts zu berechnen und zu messen, das auf dem Messobjekt fokussiert ist. So lassen sich stabile Messwerte mit hoher Präzision auch für Leiterplatten und andere solche Messobjekte erzielen, die leicht von Licht durchdrungen werden.
Es werden sowohl das Messprinzip als auch die Funktionen und Leistungen konfokaler Wegmesssensoren der Modellreihe CL-3000 zur Problemlösung bei der konventionellen Dickenmessung umfassend erklärt. Sollten Sie sich mit dem Thema Dickenmessung befassen, ist dies der einzige Leitfaden, den Sie benötigen.
In diesem Leitfaden zeigen wir Ihnen wie Sie Ihre Messaufgabe in folgenden Einsatzgebieten lösen: Dicke, Breite, Höhe/Stufe, Außendurchmesser, Hub, Schwingungen/Vibrationen, Rundlauf, Wölbung/Ebenheit, Winkel, Abstand/Spaltmaß, Kantenpositionen, Radius/ Innendurchmesser, Position, Profil und 3D-Form.