Berührungslose Laserdickenmessung

Annina Schopen,

Messgeräte auf Achse

Hiwin hält die Laserdickenmessung auf Achse – zum Einsatz kommt hier eine Linearachse mit Zahnriemenantrieb. © Hiwin

Im Bereich der berührungslosen Dickenmessung hat die Firma Mesacon ein Messsystem nach Baukastenprinzip entwickelt. Zusammen mit den Linearachsen des Offenburger Antriebsspezialisten Hiwin können nicht nur Standardlösungen, sondern auch kundenindividuelle Messsysteme geliefert werden.

Mit den Ansprüchen an Industrie 4.0 steigen die Anforderungen an die Digitalisierung von Produktionsdaten und in diesem Zusammenhang auch an die Datendichte. Eine höhere Datendichte führt zu einem besseren Produktionsverständnis und damit zu einer höher dokumentierten Qualität – ein Schlüssel für die Wettbewerbsfähigkeit in vielen Herstellungsprozessen.

Vor allem im Bereich der Metall-, Kunststoff- und Textilindustrie spielt die Produktionsüberwachung, Qualitätssicherung und Maschinensteuerung mittels einer automatisierten Dickenmessung häufig eine wichtige Rolle. Auf dem Gebiet der berührungslosen Dickenmessung gehört die Firma Mesacon Messelektronik aus Dresden als Sondermaschinenbauer mit über 60 Jahren Erfahrung und Know-how zu den Messsystem-Herstellern am Markt.

„Unsere Messsysteme lassen sich einfach in nahezu jede Fertigungslinie integrieren“, so Alexander Rasch, Prokurist von Mesacon. Insbesondere die hochgenauen laserbasierten Messsysteme seien universell für viele Prozesslinien einsetzbar. Durch die wartungsarme und kompakte Bauweise können die Lasersysteme als Plug-and-Play-Lösung zur berührungslosen und legierungsunabhängigen Dickenmessung von Flachprodukten wie Metallbändern oder Platten, Folien oder Kunststoff- und Textilbahnen eingesetzt werden.

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Das Messprinzip basiert auf zwei gegenüberliegend positionierten Laser-Abstandssensoren. Neben der lokalen Auflösung und dem sehr kleinen Messfleck ist die damit verbundene Messwertaufnahme bis nah an den Randbereich des Messguts einer von vielen Vorteilen gegenüber alternativen Messverfahren.

Zweifelslos bieten laserbasierte Messsysteme eine effiziente und hochwertige Lösung, um der Produktion im Hinblick auf Qualität und Produktivität unter die Arme zu greifen. Martin Kuss, Vertriebsingenieur bei Mesacon: „Die Vorteile liegen unter anderem in der einfachen und kompakten Bauweise, sowie den vergleichsweise geringen Anschaffungskosten und dem geringen Wartungsaufwand. Weiterhin entfallen Themen wie Strahlenschutz und Zulassungsgenehmigungen, die bei dem Betrieb und für den Umgang mit radiometrischen Messsystemen erforderlich sind.“

Genaues Messen in dynamischen Prozessen

Präzision und gleichbleibende Bewegungen sind für Messungen und deren Aussagekraft essenziell. „Bis vor etwa zehn Jahren sind unsere Messsysteme je nach Anwendung noch klassisch aus Komponenten mit Führungsschienen und einem Zahnstangenantrieb gebaut worden. Die Mechanik war damit sehr schwer und auch wartungsintensiv“, so Martin Kuss. „Die Umstellung auf eine Linearachse mit Zahnriemenantrieb hatte gleich mehrere Vorteile: Der Antrieb und die Führung sind kompakt in einer Einheit vereint. Damit reduziert sich der Aufwand bei der Konstruktion und auch bei der Montage erheblich. Ein weiterer Pluspunkt der Hiwin-Linearachsen ist das Abdeckband und der integrierte Sperrluftanschluss, der einen geringen Überdruck in der Achse erzeugt. Die Komponenten sind so optimal vor Schmutzeintrag geschützt und die Wartungsintervalle können verlängert werden.“

Mesacon verwendet unter anderem die HM- sowie HT- und HD-Linearachsen als Antrieb in ihren Messsystemen. Besonders in den laserbasierten Messsystemen sieht das Unternehmen die Vorteile der Lineareinheiten. Ihre Aufgabe: den C-Bügel inklusive Sensorik so präzise und laufruhig wie möglich zu verfahren. „Hinzu kommt, dass die Lineareinheiten am Messsystem sehr platzsparend montiert werden können“, fügt Martin Kuss hinzu.

Das Messsystem ist nach dem Baukastenprinzip aufgebaut. Durch die modulare Komponentenbauweise sollen sich Sensorik, Elektronik und vor allem die Mechanik kundenindividuell an jede Applikation anpassen lassen. „Durch unser flexibles Baukastenprinzip muss auch die Linearachse, als zentrales Element der Mechanik, flexibel anpassbar sein. Mit Hiwin haben wir hierfür den richtigen Partner gefunden“, berichtet Martin Reger, Projektleiter bei Mesacon. Durch das Baukastensystem lasse sich auch die Achse flexibel und individuell konfigurieren.

Die Technik im Detail

Mit einer Genauigkeit ab ±1 μm erzielen die laserbasierten Messsysteme von Mesacon vergleichbare Präzision wie taktile und röntgenbasierte Messgeräte. Grundlegend beruht bei allen laseroptischen Messsystemen das Messprinzip der Differenzmessung auf konstanten Abständen zwischen den Einzelsensoren.

Basierend auf dem Prinzip der Laserabstands- beziehungsweise Differenzmessung wird je nach Anwendung das Laser-Triangulationsverfahren oder das konfokal-chromatische Messverfahren angewendet. Dabei misst ein in der Mechanik integriertes, gegenüberliegend platziertes Sensorpaar berührungslos von oben und unten gegen die Materialoberfläche.

Bei den Lasersystemen hat auch die Verfahrgeschwindigkeit einen wesentlichen Anteil an der Messgenauigkeit. „Richtig präzise Messungen erfolgen am besten mit circa 100 mm/s. Hierbei können die meisten Messinformationen aufgenommen werden“, berichtet Martin Reger. „Wir haben auch Projekte mit Verfahrungen von 1 m/s realisiert. Das ist aber schon sehr schnell, vor allem, wenn man bedenkt, was da an Mechanik und damit an Gewicht dranhängt. Da müssen alle Komponenten perfekt aufeinander abgestimmt sein.“

Die in den Linearachsen verbauten Linearführungen mit Kugelkette sorgen auch bei hohen Geschwindigkeiten für einen ruhigen und gleichmäßigen Lauf. Die ebenfalls aus dem Hause Hiwin kommenden Linearführungen haben deshalb auch einen Anteil an der Richtigkeit der Messergebnisse.

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