Erich Winkler, Produktmanagement Lasertriangulationssensoren, Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
1. Für enge Bauräume und hohe Geschwindigkeiten 2. Einsatz im 3D-Druck
Das Messprinzip der Laser-Triangulation basiert auf einer einfachen geometrischen Beziehung: Eine Laserdiode emittiert einen Laserstrahl, der auf das Messobjekt gerichtet ist. Die reflektierte Strahlung wird über eine Optik auf einer CMOS-Zeile abgebildet und über die Dreiecksbeziehung zwischen Laserdiode, Messpunkt auf dem Objekt sowie dem Abbild auf der CMOS-Zeile kann der Abstand zum Messobjekt bestimmt werden. Die Messauflösung reicht dabei bis in den Bruchteil eines Mikrometers. Zudem können Laseroptische Wegsensoren aus großem Abstand zum Messobjekt mit einem sehr kleinen Lichtfleck messen, sodass Messungen von kleinsten Teilen möglich sind. Der große Messabstand wiederum ermöglicht Messungen gegen kritische Oberflächen, wie beispielsweise heiße Metalle, sowie ohne Verschleiß, da durch das berührungslose Prinzip kein physischer Kontakt mit dem Messobjekt erfolgt. Darüber hinaus ist das Prinzip der Laser-Triangulation ideal für sehr schnelle Messungen mit hoher Genauigkeit und Auflösung – wie sie etwa im 3D-Druck benötigt werden.
Für enge Bauräume und hohe Geschwindigkeiten
Micro-Epsilon bietet mit den Laser-Sensoren OptoNCDT 1420 besonders kompakte Weg- und Abstandssensoren, die über einen internen Controller verfügen. Neben der kompakten Bauform prädestiniert auch die hohe Messrate von 4 kHz dieses Modell für Messaufgaben wie in 3D-Druckern: Dort ist der Bauraum begrenzt und der Druckkopf verfährt mit hoher Geschwindigkeit, sodass Messungen mit einer hohen Messrate gefordert werden. Die Sensoroptik erzeugt dabei einen extrem kleinen Lichtfleck, der die Messung feinster Details ermöglicht. Einen weiteren Vorteil dieses Laser-Sensors kann seine Material- und Oberflächenunabhängigkeit darstellen. Sie ermöglicht Abstandsmessungen auf unterschiedlichen Materialien von Kunststoff bis Metall und verschiedenen Objektfarben von Weiß bis Schwarz mit hoher Präzision. Auch ein Wechsel von matten zu glänzenden Oberflächen und damit von schwacher zu starker Reflexion ist mit diesem Sensor möglich. Die Auto-Target-Compensation (ATC) sorgt hier für eine schnelle Ausregelung von unterschiedlichen Reflexionen und erlaubt einen glatten Verlauf des Abstandssignals. Darüber hinaus ermöglicht das innovative Webinterface eine einfache Bedienung mittels vordefinierter Setups für die verschiedenen Oberflächen.
Einsatz im 3D-Druck
Die Mikro-Laser-Sinter-Technologie ist eine additive Fertigungstechnologie, bei der auf Basis von CAD-Konstruktionsdaten aus Metallpulvern durch Laserstrahlung schichtweise ein Bauteil aufgebaut wird. Das Verfahren ist auch unter dem Begriff industrieller 3D-Druck bekannt. Bei diesem Prozess trägt zunächst der Druckkopf eine Pulverschicht auf, die durch ein Rakel auf die richtige Dicke abgezogen wird. Im Anschluss wird das Pulver durch den Einsatz eines Lasers im Bauteilquerschnitt verschmolzen und die Bauplattform, auf der das Bauteil erstellt wird, senkt sich ab. Diese Arbeitsschritte werden bis zur Fertigstellung wiederholt. Direkt neben dem Druckkopf kann dabei ein Laser-Sensor OptoNCDT 1420 von Micro-Epsilon angebracht werden, der mit ihm über die Bauteilplattform verfährt und von oben den Abstand zum Bauteil misst. Durch die hohe Genauigkeit, im Zusammenspiel mit dem kleinen Laserpunkt, wird eine exakte Positionsbestimmung des Druckkopfes ermöglicht, wodurch ein homogener Materialauftrag erfolgen kann. Die Überprüfung erfolgt in Echtzeit. Dadurch ist bei Normabweichungen ein direktes Eingreifen in den Druckprozess möglich. Zudem lässt sich über den Laser-Sensor kontrollieren, ob der Druckkopf mitläuft oder ob die Bauteilplattform in horizontaler und vertikaler Richtung korrekt ausgerichtet ist. Und auch die Bauteilgrenzen werden korrekt erkannt, wodurch ein Verformen des Objekts verhindert werden soll. Allerdings ist durch die hohen Temperaturen eine Kühlung des Sensors notwendig, um über den gesamten Prozess stabile Messwerte zu erhalten.
