Messtechnik Genauer messen muss nicht teuer sein

Aktuelle Anwendungen stellen gestiegene Anforderungen an Laserdistanzsensoren. Die Serie HLG1 von Panasonic integriert hohe Funktionalität und Messgenauigkeit.

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

Panasonic Electric Works Europe AG

Optische Sensoren zur Distanzmessung wurden in der Vergangenheit vor allem für den Einsatz in Laboratorien und zur Endkontrolle in Produktionsprozessen konzipiert. Heute stellen die Anwender neue Anforderungen an diese Geräte: Qualitätsmängel sollen gleich in der Fertigung festgestellt und die Produktionsprozesse umgehend angepasst werden. Um diesen Anforderungen gerecht werden zu können, mussten optische Sensoren hinsichtlich Ansprechzeit, Abtastfrequenz, Datenübertragung und höhere Robustheit gegen Störungen aller Art optimiert werden.

Mit den Laserdistanzsensoren der Serie HLG1 ist es Panasonic Electric Works gelungen, Funktionalitäten und Messgenauigkeiten in einem Gerät zu integrieren, die sonst nur im Hochpreissegment zu finden sind. Die optischen Sensoren sind so konzipiert, dass auch ein Einsatz von mehreren Sensoren pro Maschine möglich ist. Hierzu tragen nicht nur die niedrigen Anschaffungs- und Betriebskosten, sondern auch die Verbindung von bis zu 16 HLG1 mit Hilfe von RS485 Schnittstellen bei.

Um eine sichere, farb- und oberflächenunabhängige Messung zu realisieren, haben sich die Entwickler von Panasonic für das Messprinzip der Triangulation entschieden. Dieses Verfahren gewährleistet eine hohe Auflösung, die im Falle des HLG1 bis zu 0,5 µm beträgt.

Mit einer Messfrequenz bis zu 10 kHz lassen sich ultraschnelle, hochauflösende Applikationen sicher messen. Möglich macht dies die Entwicklung neuer Linsensysteme, die eine Fokussierung des Laserlichtstrahls bei gleichzeitiger Minimierung optischer Abbildungsfehler ermöglichen.

Als Empfangselement kommt ein neu entwickelter C-MOS Zeilensensor zum Einsatz, der gegenüber einem PSD Vorteile in der Auswertung aufweist und damit zu reduzierten Messfehlern beiträgt (Linearitätsfehler <= 0,1% F.S.). Die erhöhte Genauigkeit resultiert aus dem direkten Zugriff und der Auswertung einzelner Pixel. Die daraus entstehende Datenmenge und der erforderliche Rechenaufwand werden mit Hilfe von ASICs verarbeitet.

Im Vergleich mit CCD-Sensoren weisen C-MOS-Zeilen klare Vorteile auf: Sie bieten eine größere Helligkeitsdynamik, erlauben On-Chip-Integration und können so kostengünstiger produziert werden.

Keine zusätzlichen Verstärker oder Auswertegeräte erforderlich

Ein weiterer Vorteil ist die Implementierung der kompletten Intelligenz, die Integration aller Funktionstasten und eines 5-stelligen Display in den Sensorkopf. Dies macht zusätzliche Verstärker oder Auswertegeräte überflüssig.

Zur Auswahl stehen sowohl Standard wie auch Multifunktionstypen. Die Multifunktionstypen unterscheiden sich von den Standardsensoren hauptsächlich durch ihre RS422/RS485-Schnittstellen. Beide Typen bieten 2 analoge Ausgänge (4 mA bis 20 mA oder 0 V bis 10 V). Zudem ermöglichen 3 digitale Ausgänge, bei denen NPN oder PNP wählbar sind, die Weiterverarbeitung oder Verknüpfung von bis zu 3 Schwellwerten.

Der Messbereich kann gewählt werden: 30 mm +/- 4 mm, 50 mm +/- 10 mm, 85 mm +/- 20 mm und 120 mm +/- 60 mm. Die Halbleiterlaserdiode arbeitet in einem Spektrum von 655 nm, also sichtbarem Rotlicht. Durch die Laserleistung von maximal 1 mW wird Laserschutzklasse 2 erreicht, die keinen kostspieligen Mehraufwand zur Absicherung mit sich bringt. Die Laserschutzklassen entsprechen sowohl IEC- wie auch FDA-Normen.

Der Einsatz von C-MOS-Empfangsteilen eröffnet ein breites Anwendungsspektrum. Dies wird durch automatisches oder manuelles Einstellen der Verschlusszeiten unterstützt, was ermöglicht, stark absorbierende Materialen wie schwarzen Gummi oder stark reflektierende Oberflächen wie Metalle hochpräzise zu vermessen. Mittelwertbildung und Pufferspeicher können den Anwendungen angepasst werden, was Messspitzen unterdrückt und die Datenübertragung beschleunigt.

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