Berührungslose Lasermesssysteme Lasermesssysteme zur online Qualitätssicherung in der Fertigung Die zunehmende Automatisierung von Fertigungsprozessen und die Einhaltung moderner Qualitätsrichtlinien, wie der ISO 9000 ff, führen immer stärker zu einer prozessintegrierten Erfassung produktspezifischer Kenngrößen und Eigenschaften, wie z.B. Maßtoleranzen, Oberflächen- und Funktionseigenschaften. Dies führt immer mehr von einer stichprobenartigen Qualitätskontrolle des fertigen Bauteils zu einer 100% Erfassung der Kenngrößen in den einzelnen Produktionsstufen. Da diese Erfassung den Produktionsablauf zeitlich möglichst nicht verlängern soll, ist die Messung an die Taktzeit des Produktionsprozesses anzupassen. Dies führt in zunehmendem Maß zu dem Einsatz der berührungslosen Messtechnik, die hierfür Vorteile wie:

hohe Messfrequenz kein Verschleiß der Aufnehmer keine Beschädigung der Produktoberfläche

bietet. Obwohl viele berührungslos arbeitende Sensoren für die obengenannten Aufgaben in Frage kommen, haben sich die Lasertriangulationssensoren auf Grund ihrer großen Flexibilität in puncto Messbereich, Messfrequenz, Einsatz auf unterschiedlichsten Materialien usw. immer mehr Einsatzgebiete erschlossen. Bei der Laser-Triangulationsmesstechnik wird der durch eine Optik fokussierte Laserstrahl als Punkt auf der Messgutoberfläche abgebildet. Das diffuse Streulicht dieses Punktes wird über eine unter einem Winkel angeordnete, zweite Optik auf dem Empfänger (PSD- oder CCD Element) abgebildet. Jede Bewegung des Messobjektes in Strahlrichtung gegenüber dem Sensor hat eine Verschiebung des Lichtpunktes auf dem Empfänger zur Folge. Aus den sich ergebenden unterschiedlichen Winkeln läßt sich über die Dreiecksbeziehung (Triangulation) Sender-Empfänger-Messgut sehr einfach der Abstand zwischen Sensor und Messgut ermitteln. Bei Abtastraten bis über 50 kHz und Messbereichen von 2 mm bis über 800 mm bieten die OPTImess Sensoren eine optimale Anpassung an die Messaufgabe. Die schnelle Laserregelung und mögliche Optionen (z.B. wassergekühlte Gehäuse) ermöglichen den Einsatz sowohl auf tiefschwarzen Gummioberflächen wie auch bei Messungen auf glühenden Oberflächen von über 1000 Grad Celsius. Einige Beispiele aus dem Praxiseinsatz sollen die vielseitigen Einsatzmöglichkeiten verdeutlichen:

Roboterindustrie Fertigungsautomation Endkontrolle Sonstiges

Roboterindustrie Die Lasersensoren dienen hier der genauen Positionierung der Roboter für Bohr-, Niet-, Schweiß- und Montageaufgaben. So werden die Roboter, die zum automatischen Bohren und Nieten bei der Flugzeugmontage im Einsatz sind, in kurzen Abständen über Lasersensoren neu referiert, da eine Positionierung im 1/10 mm Bereich auch bei größeren Verfahrwegen gewährleistet sein muss. In Verbindung mit Schweißrobotern helfen Lasersensoren bei der Kantenerkennung bei Überlappschweißungen zur exakten Positionierung der Schweißraupen.

Im Schweißbereich bietet der Laserscanner OPTIscan Vorteile, da er eine zweidimensionale Messung ermöglicht. Während der Standard Triangulationssensor eine punktuelle Messung durchführt, wird beim Laserscanner der Lichtstrahl über ein internes Spiegelsystem ausgelenkt und ermöglicht so eine Abstandsmessung entlang dieser Linie. Hierdurch ist eine online Schweißnahtverfolgung möglich. Mit dem OPTIscan ist es so auch möglich, Oberflächen von Schweißnahtverbindungen (z.B. bei lasergeschweißten Einspritzdüsen) zu vermessen. Aber auch zur Vermessung der eingebrachten Aufreißstelle in Lenkradpralltöpfen für Airbags sind Laserscanner im Einsatz. Weitere Anwendungen in Verbindung mit Montagerobotern sind die automatische Positionierung beim Einbau von Automobiltüren (OPTIscan) und die Kontrolle von Dichtraupen an Motorblöcken, die automatisch mittels eines Roboters aufgebracht werden. Im Bereich der Verpackungsindustrie helfen Lasersensoren bei dem automatischen Depallettieren von Leersäcken für die Baustoffindustrie, die dann vollautomatisch einer Abfüllanlage zugeführt werden.

Fertigungsautomation Hauptaufgaben von Lasersensoren in diesem Bereich sind die Identifikation von Bauteilen, Überprüfung von Montagevorgängen, Anwesenheitskontrolle und Maßkontrolle. Im Bereich der Antriebswellenfertigung laufen die unterschiedlichsten Wellentypen über eine Fertigungsstraße, so dass es erforderlich ist, dass der Drehmaschine zur automatischen Einstellung der Bearbeitungsparameter der Wellentyp mitteilt werden muss. Diese Identifikation wird durch einen Laserabstandssensor vorgenommen, der in die Zuführlinie integriert ist und aus Form, Lage und Länge der Rohlinge den Wellentyp identifiziert und der CNC-Maschine mitteilt. Auch an Kupplungen wird so durch eine Abstandsmessung eine kombinierte Maß- und Anwesenheitskontrolle durchgeführt. So werden bei dem Durchlauf einer Kupplungsscheibe Kriterien wie eingesetzter Nabentyp, Vollständigkeit von Bauteilen (Federn, Bleche usw.) und die Belagstärke ermittelt. Bei anderen Montageaufgaben gilt es z.B. zu erkennen, ob ein Sicherungsring vorhanden ist, ob die Tiefe einer Bohrung eingehalten wurde oder ob eingepresste Bolzen richtig eingesetzt wurden.

Endkontrolle Vor der Auslieferung von Produkten an den Endkunden ist es erforderlich, die einwandfrei Funktion zu testen. Vor allem, wenn diese Funktionen an bewegten Teilen erfolgen müssen, bieten sich wieder berührungslos arbeitende Lasersensoren an. So wird beispielsweise in der Felgenfertigung eine 100%-ige Kontrolle der Felgen auf Höhen- und Seitenschlag durchgeführt. Hierzu wird die Felge um 360 Grad gedreht und 4 Sensoren erfassen innerhalb von 10-15s die erforderlichen Werte und steuern die Gut/Schlecht Auswahl. Eine weitere Anwendung, bei der die hohe Abtastrate der Lasersensoren benötigt wird, ist die Kontrolle von Schaltschützen. Hierbei wird vollautomatisch, berührungslos der Ankerweg jedes Schützes unter Last erfasst und zusammen mit den Schließpunkten der Schaltkontakte überprüft. Hierbei handelt es sich um Abläufe im Millisekundenbereich. Eine hohe Messfolge erfordert auch die Überprüfung des Rundlaufs an drehenden Reifen bei der Endkontrolle.

Sonstiges Um die vielfältigen Einsatzgebiete der Lasersensoren etwas zu verdeutlichen, abschließend einige nicht näher beschriebene Einsatzfälle:

Messung von künstlichen Hüftprothesen während der Operation Stimmen von Miniaturorgeln durch Schwingungsmessung Vermessen von Eisenbahnrädern und Schienen

OPTImess PSD I OPTImess CCD I OPTIscan I OPTIline I OPTIcontrol I Sonderausführungen