Sensoren - Abstandsmessung - Dickenmessung

Schnelle Abstands- und Dickenmessungen mit Nanometer-Auflösung

Schnelle Abstands- und Dickenmessungen mit Nanometer-Auflösung

Konfokal-chromatische Sensoren bieten eine extrem hohe Auflösung und werden für nanometerpräzise Weg-, Abstands-, Positions- und Dickenmessungen auf praktisch allen Arten von Oberflächen eingesetzt. Feinste Details und Strukturen können mit hoher Messgeschwindigkeit bis zu 30 kHz zuverlässig erfasst werden.

Im Zeitalter von Industrie 4.0 müssen Sensoren, die in der Fertigungsumgebung eingesetzt werden, Hochgeschwindigkeitsmessungen durchführen und hochpräzise Ergebnisse liefern, um eine zuverlässige Qualitätssicherung zu gewährleisten. Die Steuerung von Prozessen in modernen Produktionslinien erfordert eine ständige Rückmeldung über die Maschinen und Roboter, die Teile fertigen, sowie über den Zustand der Teile selbst. Abstandssensoren spielen bei diesen Anwendungen eine entscheidende Rolle, denn sie erfassen Positionen und Verschiebungen, um sicherzustellen, dass alles in der richtigen Bahn bleibt.

Eine relativ neue Technik ist die konfokal-chromatische Technologie, die sich für die Messung von Verschiebungen im Submikrometerbereich und sogar für die einseitige Dickenmessung von transparenten Materialien eignet. Diese berührungslose, verschleißfreie Methode bietet eine hohe Messrate und eine hohe Genauigkeit, wie sie in heutigen Industrieanlagen gefordert wird.

Konfokal-chromatische Systeme sind ideale Rückmeldegeräte sowohl für automatisierte Prozesse als auch für Qualitätskontrollsysteme in einer Vielzahl von Branchen. Sie kommen insbesondere dort zum Einsatz, wo Lasertriangulationssensoren schlechte Ergebnisse liefern, z. B. in engen Räumen oder wenn stark reflektierende Oberflächen oder transparente Objekte gemessen werden müssen. Aufgrund der geringen Spotgröße können auch sehr kleine Objekte erfasst werden.

Eine breite Palette von Sensoren und unterschiedliche Controller-Schnittstellen eröffnen vielfältige Einsatzmöglichkeiten, z.B. in der Halbleiterindustrie, Glasindustrie, Medizintechnik, der Kunststoffproduktion und im Maschinenbau. Vakuumfeste Sensoren, Kabel und Zubehör für unterschiedliche Einsatzzwecke wie Reinraum-, Vakuum- und sogar UHV-Anwendungen sind verfügbar.

Konfokal-chromatisches Messprinzip

Konfokal-chromatische Messsysteme bestehen aus einem Sensor und einem Controller. Der Controller leitet weißes Licht von einer internen Quelle über eine optische Faser an den Sensor weiter. Im Inneren des Sensors teilt eine Reihe von Linsen das weiße Licht in verschiedene Farben (Wellenlängen) auf, was auf die chromatische Aberration der Linsen zurückzuführen ist - eine optische Verzerrung, die dadurch entsteht, dass die Linsen für die verschiedenen Wellenlängen unterschiedliche Brechungsindizes haben. Jede Wellenlänge hat eine charakteristische Brennweite, die jeweils in einem unterschiedlichen Abstand vor dem Sensor fokussiert wird.

Der Sensor projiziert die verschiedenen Farben auf das Ziel und empfängt jede der Wellenlängen als von der Oberfläche reflektiertes Rückstreulicht. Nur ein gebündelter Strahl des rückgestreuten Lichts, der aus der spezifischen Wellenlänge besteht, die auf das Messobjekt fokussiert wurde, erreicht die optische Faser im Sensorkopf. Jede der anderen Wellenlängen wird über einen Bereich gestreut und gelangt mit geringerer Intensität in den Lichtwellenleiter. Infolgedessen ist das Licht, das zum Kontrollgerät zurückkehrt, im Wesentlichen monochromatisch. Im Inneren des Kontrollgeräts erfasst ein Spektrometer die Wellenlänge des Lichtsignals, und ein Signalprozessor berechnet die der Wellenlänge entsprechende Entfernung.

Vielseitig und zuverlässig bei hoher Geschwindigkeit

 

Ein Ingenieur könnte erwarten, dass eine Sensortechnologie, die selbst feinste Details erkennen kann, bei der Messgeschwindigkeit zu kurz kommt. Die konfokal-chromatischen Controller von Micro-Epsilon arbeiten mit bis zu 30 kHz, um mit industriellen Produktionslinien mit hohem Durchsatz Schritt zu halten.

Die konfokalen Sensoren von Micro-Epsilon erzeugen dank der hohen Numerischen Apertur (NA) kleinste Lichtpunkte <3 µm. Dadurch werden kleinster Details und Strukturen zuverlässig erfasst.

 

 

Mit der automatischen Belichtungssteuerung passen sich die Controller von Micro-Epsilon schnell an eine Vielzahl von Oberflächen an, von matt bis glänzend. Bei jedem Messzyklus passt das System die Belichtungszeit am gekoppelten Gerät automatisch an, indem es den vorherigen Zyklus auswertet. Dadurch bleibt die Messgenauigkeit konstant hoch, auch wenn sich die Oberflächenreflexion ändert. Ob rau oder spiegelnd, das System kann mit einer Vielzahl von Materialien umgehen, darunter Glas, Edelstahl und Keramik.

 

Konfokal-chromatische Sensoren profitieren von einem Strahlengang, der mit der Achse des Sensors ausgerichtet ist. Dadurch wird der Abschattungseffekt eliminiert, der bei anderen optischen Entfernungsmessverfahren mit versetzten Lichtübertragungs- und -empfangsorten wie der Lasertriangulation auftritt. Dadurch können konfokal-chromatische Sensoren auch in Vertiefungen messen, ohne an Genauigkeit zu verlieren. So können sie z. B. die Füllstände in einer Schale mit schmalen Reagenzgläsern messen, was mit der Lasertriangulation nicht möglich wäre, da das reflektierte Licht durch die Wände der Reagenzgläser behindert würde. Micro-Epsilon bietet auch 90°-Modelle für die präzise Messung der Maßhaltigkeit in Bohrungen oder Zylindern an.

Besondere Merkmale

  • Abstands- und Dickenmessung mit enormer Auflösung und Messrate
  • Passives Messprinzip, ideal für Einsatz im Vakuum
  • Nahezu oberflächenunabhängig, auch für Spiegel und Glas
  • Extrem kleiner konstanter Messfleck
  • Schnelle Oberflächenkompensation

Konfokale Sensorsysteme für Weg, Abstand, Position und Dicke

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