Technologien zur Werkstoffprüfung im Vergleich

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

FAULHABER Antriebssysteme

dataTec AG

Die Sensoren werden dazu direkt beim Hersteller in die Anlagen integriert, welche die Bretter von der noch bestehenden Waldkante trennen. Je nach Lage des Bretts innerhalb des ursprünglichen Baumstamms ist die Waldkante flacher oder steiler und das Brett an sich breiter oder schmäler. Deshalb muss für eine maximale Ausbeute schon vor der Besäumanlage die exakte Breite des noch unbesäumten Bretts bestimmt werden. Die Schnittbreiten der Besäumanlage sind dabei variabel, um aus jedem einzelnen Brett die maximale Nutzbreite zu gewinnen.

Die exakte Bestimmung der Waldkante ist eine schwierige Aufgabe. Besonders wenn das Holz nass ist, hat es eine schmierig glänzende Oberfläche, die sich optisch nicht einfach messen lässt. Durch die wechselnden Reflexionseigenschaften müssen die Laserleistung und die Belichtungszeit der Sensoren ständig geregelt werden.

Die Bretter laufen quer in die Besäumanlage ein und werden dabei vermessen. In Abständen von 30 bis 50 cm ist ein Sensor mit 200 mm Messbereich montiert, der das Profil des Bretts im Querdurchlauf vermisst. Standardmäßig erfolgt die Messung von oben. Optional lässt sich die Anlage auch mit optischen Sensoren auf der Ober- und der Unterseite ausstatten. Die Lage der Bretter – Waldkante oben oder unten – ist dadurch beliebig möglich.

Konfokale Sensorik

Das neuartige optische Sensorsystem verwendet eine LED, deren Licht vom Controller durch einen Lichtwellenleiter zum Sensor transportiert wird. Das polychromatische (weiße) Licht der LED durchläuft im Sensor eine Optik aus mehreren Linsen, die das Licht auf die Oberfläche des zu messenden Objekts fokussieren. Die Linsen sind dabei so angeordnet, dass eine gezielte chromatische Aberration auftritt. Das bedeutet, dass Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge oder Farbe unterschiedlich stark fokussiert wird. Der Fokus für blaues Licht liegt näher am Sensor als der für rotes Licht. Das von der Oberfläche reflektierte Licht durchläuft zurück im Controller wiederum eine Optik, die es auf ein lichtempfindliches Sensorelement abbildet. Das Sensorelement erkennt das Spektrum des reflektierten Lichts und bestimmt durch Auswertung der Farbe die Distanz zum Messobjekt. Durch eine bereits beim Hersteller vorgenommene Kalibrierung wird jeder Lichtwellenlänge bzw. Farbe eine bestimmte Distanz zum Messobjekt zugeordnet.

Die Beschaffenheit der Oberfläche hat keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Messung. Selbst reflektierende oder transparente Oberflächen misst das System präzise. Der Messfleck ist je nach Typ des Sensors nur wenige Mikrometer groß und bleibt auch bei wechselnden Messabständen konstant. Dadurch lassen sich sehr hohe Auflösungen in alle Richtungen realisieren. Im Gegensatz zu Systemen, die mit Laserlicht arbeiten, sind keinerlei Vorsichtsmaßnahmen notwendig. Da standardmäßig eine LED als Lichtquelle zum Einsatz kommt, muss der Anwender die Laserschutzverordnung nicht berücksichtigen.

Zu den neuen Sensoren werden auch zwei neue Controller vorgestellt. Beide arbeiten standardmäßig mit einer LED als Lichtquelle. Damit erreichen beide Controller eine Messrate von zwei kHz. Der Controller IFC 2431 verfügt ebenso über eine LED als Lichtquelle, ist aber zur externen Speisung mit einer Xenonlampe ausgelegt. Durch die hohe Intensität des Xenonlichts und zusammen mit einer schnellen CMOS-Matrix steigt die Messrate auf 30 kHz. Ausgestattet mit zwei analogen Schnittstellen, USB, RS232 und RS422 wird die Integration in bestehende Systeme um einiges erleichtert.

Der Strahlengang der Sensoren ist kompakt und konzentrisch. Dadurch kann man mit dem System zum Beispiel auch in Bohrungen messen, was mit anderen optischen Methoden, wie dem Triangulationsverfahren, auf Grund der Abschattung nur schwer oder häufig auch gar nicht möglich ist. Eine weitere interessante Möglichkeit ist die Dickenmessung von transparenten Folien, Platten oder Schichten. Im Gegensatz zu anderen Verfahren benötigt das System für eine derartige Messung nur einen Sensor. Für die Messung werden die Reflexionen der Fokuspunkte auf der vorderen und hinteren Oberfläche ausgewertet.

Für das System ist eine Vielzahl von Sensortypen erhältlich. Der mögliche Messbereich variiert von 120 μm bis zu 25 mm. Die Miniatursensoren, die nur einen Durchmesser von vier mm haben, sind sowohl in axialer als auch in radialer Ausführung erhältlich. Die Auflösung der Sensoren beträgt 0,004 Prozent des Messbereichs. Die Montage der Sensoren ist vergleichsweise unproblematisch, da speziell bei diffus reflektierenden Oberflächen eine große Verkippung von 80° bzw. 50° bei der Miniaturausführung toleriert wird. Bei spiegelnden Oberflächen darf die Verkippung je nach verwendetem Sensor zwischen 1,5° und 43° betragen. Das Messsystem kann bei Temperaturen von +10 bis +50°C betrieben werden. Die Temperaturstabilität beträgt dabei 0,01 Prozent des Messbereichs pro 1°C. Das Sensorsystem erreicht mit externer Xenonlampe eine Messrate von maximal 30 kHz. Dadurch ist der Einsatz des Systems auch für dynamische Messaufgaben möglich.

Anwendungsbeispiel für konfokale Sensoren

Bei der Produktion von Sicherheitsglas (VSG-Glas) wird der Luftspalt zwischen zwei Scheiben gemessen, zur Vermeidung von Splittern beim Bruch wird zwischen die Scheiben eine Folie gespannt und im Autoklaven verschmolzen.

Ist der Abstand zwischen den Scheiben zu groß, ist das Glas der Windschutzscheibe vorgespannt und anfällig für Risse. In der speziell entwickelten Auswertesoftware entsprechen die Peaks jeweils einem Materialübergang. Aus der Differenz der ersten beiden Peaks erhält man die Dicke des ersten Glases. Die Differenz der beiden mittleren Peaks stellt die Dicke des Luftspalts dar. Die kundenseitig entwickelte Sensor-Halterung dient der stichprobenartigen Messung. Der Sensor wird mit dem Aufbau auf verschiedenen Punkten der Scheibe platziert.

(ID:297737)