Lasersensor Misst auch bei schwierigen Oberflächen zuverlässig

Laser-Messsensoren haben gegenüber anderen Methoden den Vorteil, dass sie aus größerem Abstand messen, also außerhalb des „Gefahrenbereichs“ eingesetzt werden können. Glänzende Oberflächen wie Glas oder dunkle, matte Strukturen wie Gummi ließen sich damit bislang aber oft nur schwer detektieren. Eine neue Laser-Messsensoren-Familie zeigt, dass nun auch solche Oberflächen kein Problem mehr sind.

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Lenord, Bauer & Co. GmbH

ipf electronic gmbh

Omron Electronics AG

Das schweizerische Unternehmen Glas Trösch hat seit über einem Jahrhundert Erfahrung in der Glasproduktion. Die Produktpalette reicht heute von Gläsern für Fassadensysteme und den Innenausbau über Sicherheitsverglasung, Gläser zur Wärmedämmung und zum Sonnenschutz bis hin zu verschiedenen Designer-Produkten aus dem nichtkristallinen Feststoff. Der Standort Buochs ist auf die Herstellung von Beschichtungen spezialisiert. Dazu wird Glas mit einer speziellen nur wenige Millimeter dicken Schicht versehen. Anfang 2007 wurde hier in der Produktionslinie die Schichtdickenmessung von manueller Messung auf eine automatisierte Lösung umgestellt.

Jede Messspur nutzt zwei Lasersensoren zur Schichtdickenmessung

Zur Schichtdickenmessung führen Transportbänder die Glasplatten durch drei zueinander parallel angeordneten Messspuren. Jede Messspur nutzt zur Schichtdickenmessung zwei Lasersensoren. Einer „blickt“ jeweils von oben und einer von unten auf die durchlaufende Glasplatte (Bild 2). „Das Problem ist in diesem Fall, dass die Glasplatten durch den Transport schwingen“ sagt Heinrich Dillier, zuständig für Technik und Unterhalt bei Glas Trösch in Buochs.

„Um die Dicke der Beschichtung an einer beliebigen Stelle messen zu können, braucht man daher zwei Sensoren: Einen, der die Position der Plattenoberseite als Referenzwert ermittelt und den zweiten zum Ermitteln der Position der Beschichtungsunterseite. Dazu wertet der Sensor die zweite Reflexion in der Glasschicht aus und ignoriert die erste“ (Bild 3).

Sensor muss durchsichtige Beschichtung auf durchsichtiger Glasplatte messen

Besonders gefordert sind die Lasersensoren in diesem Fall, weil die Dicke einer durchsichtigen Beschichtung auf einer ebenfalls durchsichtigen Glasplatte gemessen werden muss. In der Regel sind Laserlichtschranken mit den Signalen überfordert, die solche spiegelnde Oberflächen liefern.

Auf der Suche nach einem Sensorhersteller fiel die Wahl auf die Sensorexperten der Omron Electronics AG. „Besonders beeindruckt hat mich in diesem Zusammenhang der gute Support gleich zu Beginn“ so Dillier weiter. „In unserem Fall war die richtige Auswahl des Lasersensors wesentlich für den Erfolg der Messlösung. Wir haben Omron verschiedene Musterbauteile zugesandt, deren Beschichtungsdicke wir im Zuge unserer QS ermitteln wollen. Das Engagement mit dem die Sensorexperten den für uns idealen Sensor ausgewählt haben, hat uns sehr positiv überrascht.“

Die spiegelnde Oberfläche stellt für den Sensor kein Problem dar

Die eingesetzte Sensorlösung musste gleich zweierlei leisten: Einerseits durfte die spiegelnde Oberfläche für sie kein Problem darstellen, andererseits galt es, die Messwerte von jeweils zwei Sensoren in kürzester Zeit auszuwerten und zur Schichtdickenbestimmung miteinander abzugleichen.

Die Wahl fiel daher auf die skalierbare hochpräzise ZS-LDC-Serie. Sie ist auf Basis von 2D-CMOS-Technologie speziell für anspruchsvolle Messaufgaben konzipiert, wie die Detektion von Leiterplatten, Kunststoffen, schwarzem Gummi oder transparenten Objekten und ist mit einem Multi-Controller ausgestattet, der bis zu neun Sensor-Module koordinieren kann.

Bei der Vermessung der Beschichtungsdicken ermitteln jetzt zwei Laserabstandssensoren des Typs ZS-LD40T im Bruchteil einer Millisekunde die gewünschten Messwerte mit einer Auflösung von bis zu 0,01 µm. Dank CMOS-Technologie gepaart mit cleveren Auswertealgorithmen sind diese Messwerte auch bei schwierigen Oberflächen sehr stabil.

Controller zeigt die aktuell gemessenen Daten an

An jeden Sensor angeschlossen ist ein scheckkartengroßer volldigitaler Controller vom Typ ZS-LDC41, der die aktuell gemessenen Daten anzeigt. Gleichzeitig lassen sich mit ihm die Abstandssensoren entsprechend der jeweiligen Applikation parametrieren. Dank USB- und RS232-Schnittstelle können die Sensordaten z.B. auch an einen externen PC übertragen werden. Im konkreten Fall werden die Daten jedoch aus dem ZS-DSU41 Datenspeicher ausgelesen.

Dieser legt pro vermessener Glasscheibe einen Datensatz an, in dem die Prozessinformationen gespeichert werden. Diese Informationen lassen sich im STOP-Modus auslesen und stehen somit künftig im System für die QS zur Verfügung.

Für die Koordination der Datenübertragung zwischen den Sensor-Controllern und die schnelle Berechnung bei komplexen Messaufgaben ist der Multi-Controller ZS-MDC41 zuständig. Alle Controller und der Datenspeicher sind über einen speziellen Highspeed-Bus zur internen Kommunikation miteinander verknüpft.

Prinzipiell lässt sich die ZS-LDC-Serie flexibel an verschiedenste Anforderungen anpassen. Zwischen einer Anwendung mit nur einem Sensor samt Sensor-Controller bis hin zur Lösung mit diversen Sensorköpfen, Controllern, Multi-Controllern und Datenspeichern sind beliebige Abstufungen möglich. Ein zusätzliches Software-Paket erleichtert hier die Konfiguration (siehe Kastentext).

Gleichzeitig bis zu vier Werte messen und auswerten

Für noch anspruchsvollere Messaufgaben bietet die ZS-H-Serie höchste Präzision kombiniert mit Multitasking-Funktionalität. Mit ihr lassen sich Sensorköpfe mit bis zu 2000 mm Tastweite anschließen und eine Präzision von 0,25 µm bei einer Linearität von 0,05% erreichen. Auch die gleichzeitige Messung und Ausgabe von bis zu vier Werten ist möglich.

Die Serien ZS-L und ZS-H sind vollständig miteinander kompatibel. Die Sensorköpfe sind für verschiedene Messbereiche lieferbar. Die Controller und das Datenspeichermodul gibt es jeweils in einer Variante mit NPN- und PNP-Ausgang. Damit löst die Sensorikfamilie Messprobleme bei „schwierigen“ Oberflächen und kann unterschiedliche Messwerte in kürzester Zeit miteinander vergleichen.

*Manfred Müller ist Verkaufsingenieur Sensorik bei Omron Electronics AG und Dipl.-Ing. (FH) Nora Crocoll Redakteurin beim Redaktionsbüro Stutensee.

(ID:247921)