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Lichtschnittsensoren – für jede Applikation die optimale Lösung

01  Der Lichtschnittsensor „PosCon 3D“ von Baumer eignet sich für die Messung von Kanten, Breiten und Lücken. Ein Einsatzbeispiel ist die Breitenmessung von Bändern

01  Der Lichtschnittsensor „PosCon 3D“ von Baumer eignet sich für die Messung von Kanten, Breiten und Lücken. Ein Einsatzbeispiel ist die Breitenmessung von Bändern

02  Der „PosCon HM“ misst die Objekthöhe mit einer Genauigkeit von 2 μm mittels fünf integrierter Höhenmessmodi. Er eignet sich auch für anspruchsvolle Check-and-sort-Applikationen, zum Beispiel erkennt er die Wölbung von Joghurtbecherdeckeln

02  Der „PosCon HM“ misst die Objekthöhe mit einer Genauigkeit von 2 μm mittels fünf integrierter Höhenmessmodi. Er eignet sich auch für anspruchsvolle Check-and-sort-Applikationen, zum Beispiel erkennt er die Wölbung von Joghurtbecherdeckeln

03  Die Variante „PosCon CM“ kommt zum Einsatz, wenn es um die Vermessung von Mittelpunkt, Durchmesser und Außenpositionen bei runden Objekten geht. Im Bild ist die präzise Mittelpunktbestimmung als Referenz für Oberflächeninspektionen zu sehen

03  Die Variante „PosCon CM“ kommt zum Einsatz, wenn es um die Vermessung von Mittelpunkt, Durchmesser und Außenpositionen bei runden Objekten geht. Im Bild ist die präzise Mittelpunktbestimmung als Referenz für Oberflächeninspektionen zu sehen

Die Qualitätsprüfung ist ein wichtiger Bestandteil innerhalb eines Produk­tions­prozesses. Sie findet in nahezu allen Branchen und somit bei einem breiten Produktspektrum statt. Zum Einsatz kommen dabei vielfältige Messsysteme. Für die Vermessung von Objektgeometrien bietet Baumer Lichtschnittsensoren an, die die Lücke zwischen taktilen Sensorlösungen und 3D-Messsystemen schließen.

Je nach Prüfobjekt, -aufgabe und Umfeld können für die Teileinspektion individuell konfigurierbare Sensor­lösungen, taktile Messmethoden, kompakte Bildverarbeitungssysteme, 3D-Profilsensoren oder leistungsfähige Industriekameras mit PC-basierten Bildverarbeitungsprogrammen zum Einsatz kommen. Jede dieser Methoden hat ihre Berechtigung.
Aufgrund des Kostendrucks in der Produktion stehen ­jedoch zunehmend einfache und flexible Lösungen zu attraktiven Preisen im Fokus. Für diese Anforderungen hat Baumer eine neue Generation „PosCon“-Lichtschnittsen­soren auf den Markt gebracht. Ziel bei deren Entwicklung war es, komplexe Funktionen in einem einfach zu bedienenden, kompakten Sensor umzusetzen. Aktuell umfasst die Reihe drei Modelle, von denen eines für die Höhenmessung, eines für runde Objekte und eines für die Vermessung von Objekt­kanten, -breiten und Lücken prädestiniert ist. ­Alle Sensoren kommen ohne Reflektor aus und lassen sich ­mittels sichtbarer Laserline und einer optisch ausgerichteten Achse einfach in Betrieb nehmen. Nach der Installation müssen dank vordefinierter Messfunktionen nur wenige Parameter eingestellt werden; externe Software ist dabei nicht vonnöten. Ein weiterer Vorteil liegt in der Ausgabe der Messwerte in „mm“. Die Werte können direkt in der Steuerung weiterverarbeitet werden. Aufgrund der intelligenten Auswertung ermöglichen die Sensoren neben der effizienten Vermessung von Formteilen oder der präzisen Positionierung von Werkzeugen oder Robotern auch die Realisierung effizienter Check-and-sort-Funktionalität auf Basis von Schwellwertvergleichen.

Kanten, Breiten und Lücke messen
Der „PosCon 3D“ (Bild 1) ist das speziell auf die Vermessung von Objektkanten, -breiten und Lücken spezialisierte Modell. Er eignet sich unter anderem für den Einsatz in der Materialzuführung oder der Endkontrolle. Die Vermessung erfolgt unabhängig von Farbe, Oberflächen und Höhenschlag. Die Sensoren können in Relation zur Standardmontage bis zu ±30° in einem beliebigen Winkel geneigt montiert werden. Dies bietet Vorteile, wenn die Platzverhältnisse keine andere Montagemöglichkeit zulassen. Die möglichen Anwendungsgebiete sind vielfältig. Ein Beispiel ist die Bestimmung von Blechdicken in der In-Line-Qualitätskon­trolle bei der Materialzuführung. Dort ermöglicht der Sensor den automatischen Abgleich mit Toleranz-Schwellenwerten, auch bei schnellen Transportgeschwindigkeiten. Bleche, die den Spezifikationen nicht entsprechen, werden identifiziert und aussortiert. Eine direkte Doppelblechkontrolle reduziert Produktions-Stillstände und verhindert Beschädigungen des Werkzeugs bei der weiteren Verarbeitung der Bleche.
Zusätzliche Anwendungsbereiche erschließen sich durch spezifische Algorithmen, aufgrund derer der „PosCon 3D“ präzise auch auf sehr dunkle Oberflächen aus hoch absorbierenden Materialien wie Gummi messen kann. Damit eignet er sich auch gut für den Einsatz in der Reifenindustrie, um beispielsweise im Bereich der Materialzuführung Toleranzprüfungen bei schwarzen Gummibändern mit Stahlgewebe ohne komplexe Programmierungen durchzuführen.

Die Höhe im Visier
Steht bei der Qualitätskontrolle die Vermessung der Objekthöhe im Fokus, ist der „PosCon HM“ (Bild 2) die richtige Lösung. Ebenfalls für sehr dunkle oder auch glänzende Oberflächen geeignet, lassen sich mit ihm intelligente ­Höhenmessungen von Objekten mit fünf Kennzahlen ohne exakte Positionierung der Messobjekte durchführen. Dabei beträgt die Messgenauigkeit bis zu 2 μm. Ein Anwendungsbeispiel ist die Kontrolle von schwarzen Gummidichtungen für Seitenscheiben in der Automobilindustrie. Die Prüfung erfolgt in diesem Fall stichprobenartig offline an einem spe­ziellen Prüfstand. Die Dichtungen werden in Halterungen an einem Messplatz montiert. Dabei können die Form und die Rundungen der Dichtung variieren, dürfen spezielle Grenzwerte aber nicht überschreiten. Die Herausforderung für den Sensor liegt hier sowohl in der Form, also den ­Rundungen, als auch im schwarzen, Licht absorbierenden Material. Leistungsfähige Algorithmen analysieren im „PosCon HM“ bis zu 600 Höheninformationen pro Messung und ermitteln die maximale Objekthöhe unabhängig von der Lage des Objekts. Die Messergebnisse werden mit einer Messrate von bis zu 1 540 Hz ausgegeben.
Außerdem eignet sich der Sensor für die Kontrolle metallischer, glänzender Formteile wie Autotüren. Hier kontrollieren die Sensoren beispielsweise die korrekte Form der Autotür durch Messungen an zahlreichen Prüfpunkten. Die Sensoren können dafür auch nah nebeneinander montiert werden, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Auch dieser Sensor liefert die Messwerte direkt in „mm“ und erlaubt damit eine sofortige „OK/Not OK“-Kontrolle für jeden Prüfpunkt.
Aufgrund ihrer integrierten Auswertealgorithmen stellen die Sensoren eine kostengünstige Alternative für Check-and-sort-Applikationen dar. Der Sensor identifiziert im Mode „Delta“ fehlerhafte Produkte aufgrund einer abweichenden Form, zum Beispiel Joghurtbecher. Eine starke Wölbung der Versiegelung deutet auf einen falschen Gärungsprozess hin. Die Inbetriebnahme des Sensors geschieht wie folgt: Nach der Auswahl der Funktion und des Modus, die auch direkt über das Touchdisplay am Sensor selbst erfolgen kann, wird der digitale Ausgang parametriert und dann liefert der Sensor das Prüfergebnis („OK/Not OK“).
Ein weiteres prädestiniertes Anwendungsgebiet ist die Kontrolle von Ultraschallschweißungen, beispielsweise bei der Herstellung von Zahnpastatuben. Das weiße Material bzw. die schwachen Kontraste bei offenen Falzstellen stellen ­oftmals eine Herausforderung dar. Beim „PosCon HM“ werden bei farbunabhängigen Messungen die Höheninformationen im Sensor analysiert und das Messergebnis in Form eines Delta-Werts ausgewertet. Offene Schweißnähte werden so erkannt und fehlerhafte Produkte aussortiert.

Bei runden Objekten die richtige Wahl
Steht die Vermessung von Mittelpunkt, Durchmesser und Außenpositionen bei runden Objekten mit einem Außendurchmesser von 30 mm bis 130 mm im Vordergrund, kommt der „PosCon CM“ (Bild 3) zum Einsatz. Dabei benötigt auch er weder einen Reflektor noch externe Software. Und dank der Kalibrierung ab Werk werden auch bei ihm die Messwerte automatisch in „mm“ ermittelt.
Mit diesen Fähigkeiten eignet er sich gut für die End- bzw. Abnahmekontrolle von Stahlrohren. Hier kontrolliert er den Durchmesser der Stahlrohre durch die Ermittlung absoluter Messwerte. Dies ermöglicht eine frühzeitige Nachjustierung der Werkzeuge, sobald die Messwerte außerhalb eines festgesetzten Schwellenwerts liegen. Die Messwerte liefern darüber hinaus Informationen über die Abnutzung des Werkzeugs und somit Daten für einen geplanten, vorausschauenden Wartungsprozess.
Außerdem eignet sich der Sensor optimal in der Mate­rialzuführung: Statt eines Barcodes werden bei runden Metallteilen oft codierte Messringe eingesetzt, um das richtige Material für die Weiterverarbeitung zu identifizieren. Durch die ­Ermittlung von Außenpositionen und Mittelpunkt ist eine schnelle Prüfung der Objektorientierung der runden Teile direkt in der Produktion möglich.

Fazit
Mit den verschiedenen Modellen der „PosCon“-Reihe hält Baumer für unterschiedliche Einsatzgebiete den passenden Lichtschnittsensor bereit. Alle Sensoren zeichnen sich durch eine einfache Inbetriebnahme und Handhabung aus und liefern präzise Messergebnisse für eine direkte Auswertung, ohne komplexe Datenwolken oder externe Auswertungssoftware. In vielen Fällen sind sie eine gute Alternative zu komplexen Messlösungen. (ih)

Dr. Volker Engels ist als Business Unit Manager Advanced Sensors bei der Baumer Electric AG tätig. sales.de@baumer.com

Dr. Volker Engels ist als Business Unit Manager Advanced Sensors bei der Baumer Electric AG tätig. sales.de@baumer.com

Andrea Memminger-Wäsch ist als Senior Marketing Manager Sensor ­Solutions bei der Baumer Electric AG tätig. sales.de@baumer.com

Andrea Memminger-Wäsch ist als Senior Marketing Manager Sensor ­Solutions bei der Baumer Electric AG tätig. sales.de@baumer.com