Nur ein Einsatzgebiet von vielen: Fertigungsüberwachung bei Smartphones, Laptops oder Tablets.

Nur ein Einsatzgebiet von vielen: Fertigungsüberwachung bei Smartphones, Laptops oder Tablets. Micro-Epsilon

Für die Qualitätssicherung ist es äußerst praktisch, bereits im laufenden Prozess automatisch korrigieren und regeln zu können. Dies gelingt mit Laserprofilsensoren, die mehrdimensional vermessen, in der Messpunktaufnahme sehr schnell sind und die Messdaten in Echtzeit zur Verfügung stellen: Basierend auf dem Triangulationsprinzip erfassen, messen und bewerten die Profilsensoren Scancontrol Profile auf unterschiedlichen Objektoberflächen. Dazu wird auf dem Messobjekt anstelle eines Punkts eine statische Laserlinie abgebildet (erreicht durch eine Aufweitung über eine Spezialoptik). Das Licht der Laserlinie, das nun diffus reflektiert wird, erfasst eine Empfangsoptik, die es auf einer empfindlichen Sensormatrix abbildet. Der im Sensor integrierte Controller berechnet aus diesem Matrixbild neben den Abstandsinformationen (z-Achse) auch die Position entlang der Laserlinie (x-Achse). Diese Messwerte werden dann in einem sensorfesten, zweidimensionalen Koordinatensystem ausgegeben. Bei bewegten Objekten oder bei Traversierung des Sensors lassen sich somit auch 3D-Messwerte ermitteln.

Blauer Laser schafft doppelte Auflösung

Für jede Klasse

Für unterschiedliche Einsatzfelder sind die Laserprofilscanner in verschiedenen Klassen erhältlich. Zur Übermittlung kalibrierter Profile für die externe Datenaufbereitung, zum Beispiel auf einem PC, eignen sich die Modelle der Compact-Klasse. Sie messen sowohl statisch als auch dynamisch. Scanner der Klasse Highspeed mit einer Profilfrequenz von bis zu 4 000 Hz sind dagegen für Hochgeschwindigkeits- und 3D-Anwendungen eine gute Wahl. Modelle der Smart-Klasse bieten eine Plug-and-Play-Lösung für einfache bis komplexe Messaufgaben und kommen ohne externen Controller oder PC aus. Speziell für die Spaltmessung bieten wiederum die Modelle der GAP-Klasse eine Plug-and-Play-Lösung. Mit der Setup-Sofware Gapcontrol lassen sich die Einstellungen für die verschiedenen Spalttypen vornehmen und auf den Sensor speichern.

Das Scannermodell 29xx-10/BL von Micro-Epsilon ist mit der Blue-Laser-Technologie ausgestattet und hat einen effektiven Messbereich von 10 mm bei einer Profilauflösung von 1 280 Punkten. Daraus ergibt sich ein Punktabstand von 7,8 µm, wodurch der Laserprofilscanner mehr als doppelt so hoch auflöst, als die bisherigen Laserscanner mit 25 mm Messbereich. Die eingesetzte blaue Laserlinie lässt sich zudem wesentlich schärfer abbilden, als es mit einer roten möglich wäre. Das Licht dringt nicht in das Messobjekt ein und verhält sich somit stabiler. Im Vergleich zu Scannern mit rotem Laser können dadurch glühende, aber auch organische Objekte, zuverlässiger vermessen werden. Auch sehr kleine Teile lassen sich präzise erfassen. Anwendungsgebiete des Lasers liegen in der Feinmechanik, im Elektronikbereich, in der Medizintechnik und der Fertigung von Präzisionsteilen. Zum Beispiel wenn Elektronikbauteile auf Lagetoleranzen, Rasierklingen auf ihre Position zueinander oder Laserschweißnähte auf Vollständigkeit geprüft werden sollen. Die komplette Elektronik ist in einem kompakten Sensorgehäuse untergebracht, wo auch die gesamte Signalaufbereitung und -verarbeitung erfolgt. Ein externer Controller ist nicht nötig.

Handy-Kontrolle!

Anwendung findet der Laserscanner beispielsweise in der Qualitätskontrolle von technischen Geräten wie Handys oder Laptops. Bei der Prüfung von Kleberaupen in Smartphone-Gehäusen liegt die Herausforderung  bei den feinen Konturen im Inneren des Smartphones und den sehr dünnen, teils semitransparenten Kleberaupen. Unter anderem muss kontrolliert werden, ob die Raupe oder Höhe und Breite des Klebeauftrags vollständig ist. Dies gilt auch für Logos von Tablets oder Laptops: In die Aluminiumgehäuse werden Nuten eingefräst, in die anschließend die Logo-Elemente eingeklebt werden. Diese müssen bündig zum Gehäuse sein, denn der Konsument würde ein abstehendes Logo oder eine hervorstehende Vertiefung sofort fühlen. Mittels Laserlinienscannern lassen sich diese Vertiefungen messen, um damit die Ebenheit und auch die Tiefe festzustellen. Einzuklebende Teile werden ebenfalls vermessen, um eine perfekte Passung zu erzielen.

Lebensretter in der Medizintechnik

Gerade im medizinischen Bereich muss alles sitzen. So ist zum Beispiel bei der Montage von Insulinpens eine hundertprozentige Kontrolle notwendig: Rasten die Pens nicht richtig ein, wird die Insulinmenge nicht richtig dosiert. Für Patienten lebensbedrohlich, wenn es aufgrund einer Überdosis Insulin zu einer Unterzuckerung kommt. Herkömmliche Messsysteme stoßen beim Kontrollieren der richtigen Einrastung  an ihre Grenzen, denn neben der hohen Taktzahl sind die zur Messung verfügbaren Spalte sehr klein und der Unterschied zwischen eingerastet und nicht eingerastet beträgt nur etwa 50 µm. Laserprofilsensoren mit blauer Laserlinie werden in diesem Bereich bereits erfolgreich eingesetzt. Durch seine hohe Auflösung detektiert der Scancontrol den Verschlussspalt sicher.

Ein weiteres Einsatzgebiet der Laserscanner sind Herzschrittmacher: Rund 80 000 Patienten in Deutschland erhalten pro Jahr einen der kleinen elektrischen Taktgeber, die helfen, wenn die natürlichen Rhythmusgeber des Herzens nicht mehr richtig arbeiten. Die Geräte an sich sind gerade einmal so groß wie eine Zwei-Euro-Münze. Noch wesentlich kleiner sind die Schweißnähte mit denen unter anderem die Gehäusehälften der Schrittmacher verbunden werden.  Auf diesen Nähten befinden sich winzige Poren mit Abmessungen von 40 µm. Genau diese müssen geometrisch überprüft werden, um Undichtigkeiten zu erkennen, die die Funktionsfähigkeit der Geräte beeinträchtigen. Erhebungen der Schweißnaht könnten im Extremfall zu Mikroverletzungen führen.

In der Medizintechnik lassen sich die Laserprofilscanner aber auch bei der Herstellung von Nadeln einsetzen, bei denen es auf den exakten Spitzenwinkel ankommt sowie für die Spaltmessung an Prothesen und Implantaten oder auch zur Messung des Klingenwinkels und der Schneidenlänge bei medizinischen Klingen.

Schön scharf

Scancontrol 29xx-10/BL für präzise Messungen auf winzigen Objekten.

Scancontrol 29xx-10/BL für präzise Messungen auf winzigen Objekten. Micro-Epsilon

Bleiben wir bei scharfen Gegenständen: Auch bei  Rasierern ist Genauigkeit das A und O, damit Konsumenten beim Blick in den Spiegel eine glatte Haut, aber keine Hautirritationen sehen. Bei der Fertigung von Mehrklingenrasierern ist es daher wichtig, den idealen Winkel der drei oder fünf einzelnen Klingen in Relation zum Rasierkopf zu schaffen. Des Weiteren gilt es sicherzustellen, dass alle Klingenspitzen in einer Flucht liegen und keine der Klingen hervorsteht. Die Schwierigkeit bei dieser Messaufgabe besteht in der geringen Größe der Messobjekte, also der Klingenspitzen, die lediglich eine geringe Referenzfläche für die Winkelmessung zulassen. Nur 1 mm der Breite ist pro Klinge sichtbar. Die Klingenspitze beträgt weniger als 150 µm. Eine winzig kleine Fläche also, auf der die Messungen in der Fertigungsüberwachung erfolgen müssen.

40 Jahre Präzision in Messtechnik und Sensorik

Die Führungsmannschaft von Micro-Epsilon (v.l.n.r.): Dr. Alexander Wisspeintner, Prof. Dr. Martin Sellen, Karl Wisspeintner und Dr. Thomas Wisspeintner

Die Führungsmannschaft von Micro-Epsilon (v.l.n.r.): Dr. Alexander Wisspeintner, Prof. Dr. Martin Sellen, Karl Wisspeintner und Dr. Thomas Wisspeintner Redaktion IEE

Vom Drei-Mann-Betrieb ist Micro-Epsilon zu einer international agierenden Unternehmensgruppe mit mehr als 900 Mitarbeitern gewachsen. Das familiengeführte Unternehmen blickt auf eine erfolgreiche wie spannende Firmengeschichte zurück, deren Grundbaustein stets technische
Innovationen waren – fast von Anfang an.

„Zu Beginn haben wir Dehnungsmesssensorik aus den USA vertrieben, zusammen mit Franz Frischen und Johann Salzberger“, erinnert sich Karl Wisspeintner, Firmengründer von Micro-Epsilon. Anfangs gab es auch eine kritische Phase: Die erste kundenspezifische Entwicklung war zwar wesentlich präziser als das bisher genutzte Produkt. Die Verantwortlichen des Chemieunternehmens hatten aber Bedenken wegen der Produktionsbedingungen – im Keller eines Wohnhauses. Bereits damals gab es Lieferantenaudits! Doch der Kunde hatte ein Einsehen. „Sonst wären wir kurz nach dem Start Konkurs gegangen“, schildert Wisspeintner die kritische Situation. Längst ist daraus ein Unternehmen mit modernen Produktionsanlagen und Entwicklungslaboren in Ortenburg entstanden, von wo aus die 23 Tochtergesellschaften geführt werden.

Unternehmensphilosophie ist es, immer die beste Lösung für den Kunden zu finden. Stets dieser Maxime folgend, ist ein breites Spektrum an Sensoren und Messsystemen entstanden: induktive, konfokal-chromatische und kapazitive Sensoren, dazu Laser-, Wirbelstrom-, Seilzug- und Temperatursensoren, außerdem Prüfanlagen sowie Messsysteme zum Beispiel für die 3D-Oberflächeninspektion. Aktuelles Beispiel ist der Highspeed-Controller ConfocalDT 2471 HS mit einer Messrate von 70 kHz – weltweit der schnellste konfokal-chromatische Controller mit integrierter Lichtquelle.

„Auch in Zukunft wollen wir Trends setzen, innovative sowie einzigartige Produkte entwickeln und im Zuge der schnell fortschreitenden Globalisierung weitere Märkte erschließen“, betont Wisspeintner mit Blick auf Industrie 4.0, in der schließlich die Sensorik mit integrierter, intelligenter Signalverarbeitung eine zentrale Rolle spielen.