Sensorboard und Interfaceboard Optischer Sensor-ASIC für hochpräzise Positionsanalyse

Redakteur: Ines Stotz

MAZeT präsentiert mit SISCAN eine kundenspezifische Lösung für die hochpräzise optische Positionsbestimmung, wie sie etwa bei der Prüfung von feinsten Schweißnähten von Düsen in Einspritzsystemen

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MAZeT präsentiert mit SISCAN eine kundenspezifische Lösung für die hochpräzise optische Positionsbestimmung, wie sie etwa bei der Prüfung von feinsten Schweißnähten von Düsen in Einspritzsystemen der Automobiltechnik erforderlich ist. Das System SISCAN besteht aus den beiden Baugruppen Sensorboard und Interfaceboard. Das Sensorboard beinhaltet den Sensor-ASIC nebst Steuerung. Das Interfaceboard stellt die Kopplung zu einem Hostrechner via USB2.0 her steuert die Laserlichtquelle des Messsystems. Das Herzstück des Sensorboards bilden der von einer FPGA-Logik gesteuerte Sensor-ASIC sowie vier schnelle AD-Wandler, deren Ergebnisse in Registern zwischengespeichert werden können. Das in der Chip-On-Board-Technologie (COB) aufgebaute Sensorboard zeichnet sich durch eine hohe Packungsdichte und die speziell entwickelte Optosensorzeile (Sensor-ASIC) aus. Der Sensor-ASIC besitzt einen Fotostrombereich von 0,5 nA bis 2 μA, eine Verarbeitungsgeschwindigkeit von 300 kHz für die Messkanäle, Einschwingzeiten für das Auslesen der Messwerte von ca. 400 ns und einen hohen Gleichlauf der Messkanäle.

Optisch messen und prüfen

Beim Einsatz in der Mess- und Prüftechnik misst der SISCAN-Sensor die Oberflächenrauhigkeit in einem hochpräzisen konfokalen Messsystem. Hierzu tastet ein Laserstahl schrittweise die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks ab. Der Laserstrahl wird in 128 Teilstrahlen aufgefächert und trifft über eine Länge von etwa 16 mm auf die Oberfläche (x-Richtung). Mit einer Stimmgabel wird der Fokus jedes einzelnen Strahls senkrecht zur Oberfläche (z-Richtung) geringfügig bewegt und das reflektierte Licht vom Sensor erfasst. Maximales Lichtsignal erhält man, wenn Fokus und Oberfläche exakt übereinstimmen. Somit ergibt sich aus der Signalintensität das zu vermessende Höhenprofil für eine Strecke auf der Werkstückoberfläche. Durch schrittweises Weiterführen von Laser und Sensor lässt sich die gesamte Oberfläche scannen.

Der von MAZeT entwickelte Sensor-ASIC erfasst mit seinen 128 Messkanälen parallel alle Maxima der 128 Signale der Laser-Teilstrahlen. Zusätzlich zu den 128 Pixeln, realisiert als PIN-Fotodioden-Zeile, enthält das der IC einen Referenzkanal. Die Chiplänge (Längsausdehnung) ist durch die feste Anordnung der Laserstrahlen vorgegeben. Somit ergibt sich eine Gesamtchipfläche von ca. 100 mm². Zur Auswertung und Aufbereitung der über die Fotodioden erfassten Laserlichtsignale, sind im Sensor-ASIC für jedes Pixel ein rauscharmer Verstärker, ein logarithmischer Verstärker und ein Nachverstärker integriert.

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