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Industrielle Automation 6/2017

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Industrielle Automation 6/2017

Auf den Punkt genau

Auf den Punkt genau Oberflächencharakterisierung zur Qualitätskontrolle in der Produktionslinie Die optische Oberflächen- Messtechnik zur berührungsfreien Charakterisierung von Flächen und Strukturen ermöglicht, die Einhaltung gegebener Toleranzen zu prüfen. So wird gewährleistet, dass das Bauteil voll funktionsfähig ist und mangelhafte Teile vor jedem Weiterverarbeitungsschritt aussortiert werden. Zudem werden die geforderten kurzen Prüfzeiten eingehalten, die mit traditionellen taktilen Oberflächenmessverfahren nur bedingt möglich sind. Anzeige info@falcon-illumination.de Bei der Oberflächencharakterisierung als Qualitätskontrollaufgabe werden noch häufig taktile Messgeräte eingesetzt. Dies ist historisch gesehen das erste Messverfahren zur quantitativen Beschreibung der Rauheit technischer Oberflächen und wird in den einschlägigen Normen, zum Beispiel DIN EN ISO 3274 oder 4760, detailliert beschrieben. Die punktuelle, taktile Oberflächenmessung ist aber im Vergleich zu optischen Lösungen recht langsam, außerdem sind die Ergebnisse beeinflussbar, weil die Geometrie des Messtasters einem gewissen Verschleiß unterliegt. Wegen des erforderlichen Kontakts mit der Oberfläche können empfind liche Proben zudem beschädigt werden. Weiche und elastische Oberflächen hingegen können damit kaum oder gar nicht gemessen werden. Optische Oberflächenmesstechnik wie die Weißlicht-Interferometrie (WLI) kennen solche Probleme nicht. Vor allem die Fortschritte in der Rechnerleistung führten dazu, dass diese Verfahren die Oberflächeninformationen hochaufgelöst und mit hohen Geschwindig­ +49 7132 99169-0 Prototypen keiten liefern. Sie ermöglichen kurze Messzeiten, bieten eine hohe Reproduzierbarkeit und arbeiten berührungslos, also ohne mechanischen Verschleiß an Messsystem oder Probe. Im Einsatz: die Weißlicht- Interferometrie Das Messverfahren basiert auf dem Prinzip des Michelson-Interferometers, wobei der optische Aufbau eine Lichtquelle mit einer Kohärenzlänge im μm-Bereich enthält. Ein Strahlteiler splittet den kollimierten Lichtstrahl in einen Mess- und einen Referenzstrahl. Der Messstrahl trifft auf das Messobjekt, der Referenzstrahl auf einen Spiegel. Das vom Spiegel und Messobjekt jeweils zurückgeworfene Licht wird am Strahlteiler wieder überlagert und auf eine Kamera abgebildet. Immer dann, wenn der optische Weg für einen Objektpunkt im Messarm mit dem optischen Weg im Referenzarm übereinstimmt, kommt es für alle Wellenlängen im Spektrum der Lichtquelle zu einer konstruktiven Interferenz und das Kamerapixel des betreffenden Objektpunktes hat eine hohe Intensität. Für Objektpunkte, die diese Bedingung nicht 50 INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2017 Falcon-4.indd 1 15.02.2017 10:45:47

SENSORIK UND MESSTECHNIK erfüllen, hat das zugeordnete Kamerapixel eine niedrige Intensität. Die Kamera registriert folglich alle Bildpunkte derselben Höhe. Im Interferometer bewegen sich entweder der Referenzarm oder das Messobjekt relativ zum Strahlteiler. Beim Durchfahren der Messstrecke erhält man pixelweise Interferenzen und somit einen Höhenscan des Messobjektes. Nach dem Messdurchlauf ist die topografische Struktur der Probe digitalisiert. Bei der Weißlicht-Interferometrie ist die vertikale Auflösung unabhängig von der numerischen Apertur des Objektivs und von der Größe des Gesichtsfeldes, weshalb auch größere Prüflinge flächenhaft mit einer Auflösung im Nanometer-Bereich (ohne Stitching) gemessen werden. Vorteile für die Oberflächenmessung in der Fertigung Die in der Qualitätskontrolle geforderten kurzen Prüfzeiten lassen sich mit optischen Oberflächenmessgeräten aus Polytecs Topmap-Familie einhalten. Die Messung ist schnell und vollständig automatisiert, ebenso die Auswertung und Datenbearbeitung. Die programmierbare Mess- und Auswerte-Software erlaubt Anpassungen an die jeweiligen Prozessabläufe. Messdaten werden in die eigene Datenbank exportiert und der integrierte QS-Stat-Export ermöglicht eine umfassende Prozessdatenanalyse. Weitere Geschwindigkeitsvorteile eröffnen sich durch automatisierte und vordefinierte Konfigurationen von Mess- und Auswerteparametern (sog. Ein-Klick-Messungen). Über anwendungsspezifische Softwareanpassungen lassen sich leicht individuelle Prozessabläufe automatisieren. Mit telezentrischer Optik messen Weißlicht-Interferometer die exakte Stufenhöhe berührungslos, aus sicherem Abstand und erfassen selbst in Bohrungen liegende Innenflächen mit steilen Flanken. Drei Anwendungsbeispiele für die Produktionslinie Beispiel 1: Binnen weniger Sekunden erfassen Polytec Messgeräte ohne Stitching bereits 2 Millionen Messpunkte auf einer 44 × 33 mm² großen Messfläche – erweiterbar durch zusätzliches Stitching auf 230 × 220 mm². Integrierte Bildverarbeitungswerkzeuge messen mehrere Prüflinge gleichzeitig in einer einzigen Messung und benötigen hierfür nicht einmal eine mechanische Fixierung. Das schematische Vorgehen sieht wie folgt aus: Konfiguration der Messeinstellungen, Erkennung der Bauteile unabhängig von der Lage und Erfassung mehrerer Teile gleichzeitig durch verfügbare Messfläche. 01 02 LED Kamera Vergleich zwischen taktiler und optischer Messung Erfassbar durch taktile Messverfahren Erfassbar durch optische Messverfahren Strahlteiler Schematischer Aufbau des Weißlicht-Interferometers Prüfling Referenzstrahl Messstrahl Referenzebene Beispiel 2: Durch die hohe Messgeschwindigkeit sind optische Oberflächenmessgeräte der Topmap-Reihe für In-line-Messungen geeignet. Das kompakte 3-D-Messgerät wird in einer Fertigungslinie inte griert, wo es vorgegebene Kenngrößen (Ebenheit, Stufe) misst und Oberflächendefekte innerhalb kurzer Taktzeiten erkennt. Die Messung erfolgt vollautomatisiert. Durch den Verzicht auf externe Objektive werden Kollisionen und Beschädigungen an der Optik oder der Bauteiloberflächen vermieden. Beispiel 3: In der Fertigung ist es oft der Fall, dass unterschiedliche Teile mit einem Messgerät gemessen werden sollen, wobei jedes Bauteil wiederum seine spezifischen Messeinstellungen benötigt. Hier ruft ein integrierter Barcodescanner (optional) die bauteilspezifische Konfiguration ab und stellt sicher, dass die Messung mit definierten Einstellungen erfolgt. www.polytec.de Messehighlight SPS 2017 Kabeleinführungsleiste werkzeuglos rastbar kompakt Das KEL-QUICK System dient zur Einführung und Abdichtung von Leitungen mit Steckern. Hohe Packungsdichte, große Variabilität Garantieerhalt konfektionierter Leitungen Sehr schnelle Montage sowie problemlose Nachrüstungen und Servicearbeiten IP54 SPS IPC DRIVES Nürnberg | 28.11. – 30.11.17 Halle 9 | Stand 568 INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2017 51 www.icotek.com

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