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DER KONSTRUKTEUR 9/2016

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DER KONSTRUKTEUR 9/2016

Dr. Volker Engels Mit

Dr. Volker Engels Mit einem multi-spot Laser-Distanzsensor wird ein kompaktes Messgerät für Messungen auf anspruchsvollen Oberflächen vorgestellt. Egal ob inhomogene glänzende, nicht spiegelnde Metallobjekte oder extrem raue Oberflächen, der Sensor liefert exakte und wiederholgenau Messergebnisse ohne aufwändige Umrechnung oder externe Software. Im Strahl des Lichtes Laser-Distanzmessung bei extrem rauen und glänzenden Oberflächen Laser-Distanzsensoren sind heutzutage in vielen Branchen ein wichtiger Bestandteil in der Fabrikautomation sowie in Prozessen zur Qualitätssicherung. Sie messen berührungslos Distanzen, Breiten, Positionen und Durchmessern von Objekten mit hoher Genauigkeit. Laser-Distanzsensoren von Baumer beruhen auf dem Triangulationsprinzip. Der Sensor sendet einen Lichtpunkt oder Lichtstrahl auf das zu messende Objekt und das reflektierte Licht trifft im Sensor in einem speziellen Winkel auf eine Empfängerzeile. Je nach Distanz ändert sicher der Einfallswinkel und somit die Position des Lichtpunktes auf dem Empfänger. Die Kombination von Photodiodenzeile und Mikrocontroller ermöglicht die Unterdrückung von störenden Reflexionen und ergibt somit zuverlässige Daten auf kritische Oberflächen. Unterschiedliche Leistungsmerkmale Da die Anwendungen sehr unterschiedlich und vielseitig sind, müssen auch die Laser- Distanz-Sensoren unterschiedliche Leistungsmerkmale aufbieten. Neben unterschiedlichen Baugrößen und Reichweiten Dr. Volker Engels, Baumer Electric AG, Frauenfeld (CH) spielt vor allem die Strahlform eine wichtige Rolle. Dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung bietet Baumer hierzu jetzt mit dem neuen Messprinzip „multi-spot“ drei unterschiedliche Strahlformen in seinem Mesax Portfolio. Mesax laser-point Sensoren erfassen dank einer Spotgröße von weniger als 0,4 mm selbst sehr kleine Objekte mit einer hohen Präzision. Sie kommen deshalb z. B. im Bereich Assembling & Handling zum Einsatz, wenn es darum geht Positionsüberprüfungen auf Basis von Abstandsmessungen durchzuführen. So kann ein Mesax laser-point Sensor die Position von Zahnrädern in der Uhrenherstellung schnell und präzise überprüfen. Die Sensoren sind so genau, dass Sie z. B. auch im Bereich der Elektroindustrie für die Höhenmessung einzelner Mini-Bauelemente eingesetzt werden können. Für leicht raue Oberflächen bietet das Mesax Portfolio Sensoren mit einem etwas erweiterten Strahl (Mesax laser-line). Dank einer Laserline von bis zu 10 mm wird der Mittelwert einer rauen Oberfläche präzise gemessen. So lassen sich Distanzen auch auf unbehandelte Holzbretter messen. Ein weiterer Einsatzbereich ist auch die Bestimmung der Garnlänge durch die Messung des Rollendurchmessers in der Textilindustrie. Die Herausforderung für Laser-Distanzsensoren liegt aber immer noch in der Messung auf sehr rauen und glänzenden Oberflächen. Hier erreichen zu wenige oder gar keine Messinformationen den Sensor, um verlässliche bzw. präzise Messergebnisse zu erzielen. Bisher musste in solchen Fällen auf andere Technologien wie z. B. Ultraschall ausgewichen werden. Im Vergleich zu optischen Sensoren sind diese aber wesentlich langsamer. Auch die Implementierung von hochpräzisen optischen Mess-Systemen mit externer Software ist für viele Applikationen zu teuer und zu aufwändig. Hier schließt Mesax multi-spot die Lücke. Die multi-spot Sensoren Im Mesax multi-spot Sensor ermöglichen die drei integrierten Messmodi Mittelwert, Minimum und Maximum unterschiedliche Messungen. Die Modi selber werden einfach und schnell direkt über ein intuitives Touch-Display eingestellt. Die gemessenen Distanzwerte werden direkt in mm angezeigt, eine externe Umrechnung ist nicht notwendig. Im Vergleich zu aufwändigen Mess-Systemen ist der Sensor also optimal auf die Funktion Distanzmessung zugeschnitten. Durch die Kalibrierung ab Werk ist er sogar sofort einsatzbereit. Das multi-spot Messprinzip von Baumer beruht auf dem Lichtschnittverfahren. Basierend auf dem Triangulationsprinzip wird dabei der bis zu 62 mm breite Laserstrahl auf eine Empfängermatrix abgebildet 26 Der Konstrukteur 9/2016

ELEKTROTECHNIK / INDUSTRIEELEKTRONIK 01 Der Sensor kann Distanzen selbst auf leicht gebogene Flächen wie einer Schleifscheibe messen 02 Spiegelnde Metallobjekte, wie hier eine Pkw-Tür, bereiten dem Sensor keine Probleme und bis zu 600 Distanzinformationen ermittelt. Die intelligente Auswertung dieser Distanzinformationen erfolgt direkt im Sensor, der die daraus resultierende Distanz berechnet. Der Sensor bietet dank einer Auflösung von bis zu 2 µm bei einer Messfrequenz von 500 Hz außergewöhnlich stabile und präzise Messergebnisse selbst auf extrem raue und inhomogen glänzende Oberflächen sogar bei variierenden Fremdlichtbedingungen. Aus diesem Grund eignet sich der Sensor für eine Vielzahl an Applikationen aus der Mess- und Prüftechnik. Multi-spot in der Praxis Wie bereits erwähnt, eignet sich der Mesax multi-spot selbst für Distanzmessungen auf sehr raue Oberflächen. In den meisten Applikationen kommt dabei der Modi „Mittelwert“ zum Einsatz. Je nach Art und Form der Oberfläche kann das Messfeld eingeschränkt werden. Die Sensoren erfassen dann über einen festgelegten Messbereich eine Vielzahl von Messwerten und berechnen automatisch den Mittelwert. So können Distanzen selbst auf leicht gebogene Die Auswertung der Distanzinformationen erfolgt direkt im Sensor, der die daraus resultierende Distanz berechnet Flächen wie z. B. einer Schleifscheibe gemessen werden. Der vom Sensor gelieferte Distanzwert mit einer absoluten Genauigkeit kleiner als 0,1 mm wird direkt in der Regelung der CNC Maschine verwendet. Bei inhomogen glänzenden Objekten kommt es oft zu einem hohen Streuverlust, so dass das Licht eines auf der Oberfläche reflektierenden Laserspot nicht immer zurück zum optischen Empfänger gelangt. Dank der Mesax multi-spot Technologie mit über 600 Mess werten liegen in der Regel genügend Distanzinformationen im Sensor vor, um eine präzise Messung der Distanz im Mode «Mittelwert» durchzuführen. Auf diese Weise können auch glänzende Formteile in der Qualitätsprüfung präzise vermessen werden, ob es um sehr kleine, schnelle Objekte, große Distanzen geht. www.baumer.com TOP TECHNOLOGY MADE IN GERMANY HIGH SPEED DRIVE Frequenzumrichter für Hochgeschwindigkeitsanwendungen bis 275 kVA bzw. Drehzahlen bis 480.000 1/min. www.sieb-meyer.de DU_sum_anz_highspeed_SD2S_185x90_DerKonstrukteur9.indd Sieb+Meyer.indd 1 1 18.08.2016 12.08.16 12:11:13 09:51 Der Konstrukteur 9/2016 27

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