Positionierung, Kantenführung, Verkippung & Zentrierung

Um riesige Dome schnell, äußerst präzise und vollautomatisch bearbeiten zu können, ist es notwendig ihre Form und ihre exakte Position innerhalb der Produktionslinie zu ermitteln. Da die tatsächlichen Abmessungen der Dome oft um mehrere Zentimeter von den CAD-Daten abweichen, werden diese vor der Bearbeitung mit einem Laser-Profil-Sensor der Serie scanCONTROL 2900 vermessen.

Seine kompakte Bauform, die integrierte Elektronik und die Geschwindigkeit prädestinieren den Laser-Scanner von Micro-Epsilon zur Inline-Integration. Zudem erreichen die leistungsstarken Scanner auch bei unterschiedlichen Reflexionseigenschaften der metallischen Messobjekte eine hohe Reproduzierbarkeit von 50 µm/m.

Zur geologischen Analyse von Bohrkern- und Mineralproben bietet Cox Analytical Systems spezielle Röntgen-Analysegeräte (XRF-Scanner) an. Diese ermöglichen Probenanalysen für nahezu alle Elemente des Periodensystems in einem Messdurchlauf. Damit die Systeme möglichst schnell und genau arbeiten, wurden zusätzlich Micro-Epsilon Laser-Profil-Scanner der Serie scanCONTROL 2600 integriert.

Darüber hinaus liefern die hochpräzisen Laser-Scanner nicht nur Informationen über den Abstand zur Probenoberfläche, sondern auch über das Oberflächenprofil (kreisförmig oder flach) und Unebenheiten. Auch diese Informationen werden im Analysegerät verarbeitet und sind insbesondere für das Scannen von Proben, ohne vorherige Probenpräparation, von Vorteil.

Die Mikro-Laser Sinter-Technologie ist eine additive Fertigungstechnologie, bei der auf Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten aus Metallpulvern durch Laserstrahlung schichtweise ein Bauteil aufgebaut wird. Das Verfahren ist auch unter dem Begriff industrieller 3D-Druck bekannt. Um die exakte Positionierung von Rakel zur Grundfläche zu gewährleisten (Abstand und Verkippung) ist eine genaue Kontrolle dieser erforderlich. 4x CSE05(01) Sensoren werden dafür verwendet. Auch die Ebenheit der absenkbaren Bauplattform muss vor Prozessstart geprüft werden. Dies passiert vor Prozessstart mit 3x CS02 Sensoren, welche in einem Aufsatz-Modul integriert sind.

Bei der automatisierten Fahrzeugmontage ist die exakte Positionserfassung der Karosserien erforderlich. Nur dadurch wird ein reibungsloser Einbau über den Roboter möglich, der das Cockpit zwischen der A- und der B-Säule in das Fahrzeug führen muss. Die korrekte Position, an der die Karosserie stoppen soll, ermitteln Laser-Laufzeit-Sensoren der Reihe optoNCDT ILR1030-8/LC1 von Micro-Epsilon. Diese Distanzsensoren eignen sich aufgrund ihrer kurzen Ansprechzeit besonders für diese und vergleichbare Anwendungen. Der Sensor befindet sich auf derselben Seite der Montagelinie, auf der sich auch der Montageroboter für den Cockpiteinbau befindet. Gemessen wird mit 100 Hz in Höhe der A- und B-Säule des Fahrzeugs und in einem Abstand von ca. 600 bis 700 mm.

Bei der LIBS (Laser-induced Breakdown Spectroscopy) kann die atomare Zusammensetzung von verschiedenen Materialien sehr präzise analysiert werden. Bei den Messobjekten handelt es sich überwiegend um mineralische oder metallische Teile, wobei deren Oberfläche unterschiedliche Glanzgrade aufweist und zum Teil sehr stark verkippt sein kann.

Die SECOPTA analytics GmbH nutzt die ILD1320-100 Sensoren von Micro-Epsilon bei dieser Applikation zur automatischen Höhennachführung des LIBS-Messkopfes. Besonders bei Metallproben, bei denen die Oberfläche unterschiedliche Beschaffenheit wie z.B. oxidierte Stelle aufweisen kann, erweist sich der ILD1320 mit der ASC als äußerst zuverlässiger Sensor.

Wenn die Papierbahn nicht exakt in einer Linie durch das Glättwerk transportiert wird, drückt die beheizte Glättwalze direkt auf die Beschichtung der gegenüberliegenden Walze und beschädigt diese. Die Reparatur dieser speziellen Beschichtung oder gar die gesamte Walze auszutauschen bringt erhebliche Kosten mit sich, weshalb es zwingend notwendig ist die Position der Bahnkante zu kontrollieren. Dabei kommen Laser-Linien-Sensoren von Micro-Epsilon zum Einsatz, die die exakte Position der Bahnkante direkt an die Maschinensteuerung liefern. Durch die Messung beider Bahnkanten kann gleichzeitig die Bahnbreite bestimmt und an den nächsten Prozessschritt der Besäumung weitergegeben werden.

Bei der elektrolytischen Veredelung von Feinblechen werden durch einen geringen Abstand zwischen Band und Anode die elektrischen Verluste minimiert. Eine exakte Bandführung wird dadurch notwendig. Vor dem Einlauf in das Beschichtungsbecken wird das Band zwischen zwei Messbalken mit je neun Wirbelstromsensoren geführt und vermessen. Stellglieder werden aktiviert, die entsprechend der Bandgeometrie die Stellung der Anoden verändern oder bei der Überschreitung von Grenzwerten ein Zurückfahren in die Ausgangsposition veranlassen.

Das Unternehmen Paul von der Bank in Hilden entwickelt und fertigt modular aufgebaute Roboterschweißzellen und vollautomatische Produktions- und Fertigungslinien. Zur Absicherung der Fertigungsqualität bei längsnahtgeschweißten Rohren sind die folgenden Punktebesonders wichtig: Über die Blechkantenlänge hinaus muss die Kantenposition genau bekannt sein, es muss sichergestellt werden, dass die Blechkanten optimal zueinander ausgerichtet sind.

Bei der Bedruckung von Werkstoffen wie Glas oder Keramik werden immer feinere Strukturen erzeugt. Dies erfordert eine präzise Positionierung des Druckkopfes. Hierfür werden die Laser-Triangulationssensoren optoNCDT 1420 von Micro-Epsilon eingesetzt. Mit einem Messbereich von 10 mm bestimmen sie an verschiedenen Punkten im Druckkopf jeweils exakt den Abstand zur zu bedruckenden Oberfläche. Die Sensordaten werden über die RS422-Schnittstelle an die Steuerung übertragen. Über die ermittelten Daten lassen sich Kanten und die Oberflächenneigung bestimmen, wodurch sich der Druckkopf genau positionieren lässt.

Für die Erfassung der Kolbenposition von Hydraulikzylindern werden üblicherweise magnetostriktive oder induktive Sensoren direkt ab Werk in den Zylinder integriert. Zahlreiche unterschiedliche Zylindervarianten (z.B. durch unterschiedliche Hübe) erfordern eine ebenso große Variantenvielfalt an Sensoren. Aufgrund dieser Vielfalt lassen sich nur schwer Skaleneffekte erzielen.

Eine wirtschaftliche Alternative stellt die Verwendung eines magneto-induktiven Sensors (mainSENSOR) dar. Dieser wird außen am Zylinder angebracht und ein Magnet in die ferromagnetische Kolbenstange integriert. Durch stirnseitige Montage des Magneten überträgt sich dessen Magnetfeld auf die Kolbenstange. Mit dem Sensor wird dann die Magnetfeldverteilung entlang der Stange erfasst und in ein lineares Ausgangssignal umgewandelt, welches der Kolbenposition entspricht.

Auf diese Weise lässt sich die Messung der Kolbenposition eines Zylinders äußerst platzsparend und mit geringem Aufwand auch nachträglich realisieren.

Bei chirurgischen Eingriffen ist eine perfekte Sicht auf den Operationsbereich unbedingt erforderlich. An dieser Stelle wird der Arzt häufig durch ein Operationsmikroskop unterstützt. Die Optik des Operationsmikroskops ist an die langen Arme eines Stativs angebracht, um den Chirurgen bestmögliche Positionierung des Mikroskops im Raum und der Operationscrew eine hohe Bewegungsfreiheit zu ermöglichen.

Zur elektronischen Gleichlaufüberwachung wird ein Seilzugwegsensor eingesetzt. Diese sind einfach zu integrieren, sehr kompakt und bieten neben dem großen Messbereich eine hohe Genauigkeit. Der Sensor wird zur Wegmessung geschützt am untersten Zylinderrohr des Teleskopzylinders mit der Öffnung nach unten montiert. Somit wird vermieden, dass Schmutz oder Flüssigkeiten in das Sensorinnere gelangen. Das Stahlseil mit Seilverlängerung wird vom Sensor aus über Umlenkrollen in das Zylinderrohr geführt.

Verbaut wurde hierbei der Seilzugwegsensor des Typs WDS-1500-P60-CR-P-M4 mit robustem Aluminium-Gehäuse und eine Seilverlängerung vom Typ WE-1500-M4 mit M4-Seilanschluss und 1500 mm Seillänge. Für gleiche oder ähnliche Applikationen bietet Micro-Epsilon neben dem hier verwendeten Sensor eine Vielzahl weiterer geeignete Seilzugwegsensoren, wie z.B. die der Baureihe MK77/MK60 mit robustem Kunststoffgehäuse.

Bei der Herstellung von Dünnschicht-Solar-Zellen müssen mehrere funktionale Schichten in definierter Anordnung und Strukturierung auf bis zu 3 m x 5 m große Glasscheiben gebracht werden. Dies geschieht in großen Beschichtungsanlagen. Die Gleichmäßigkeit der Beschichtung hängt von vielen Prozessparametern ab. Ein wesentlicher Einflussfaktor ist dabei der Abstand zwischen den beiden als Elektrode fungierenden, gelochten Metallplatten. Diese müssen auf mindestens 50 µm genau auf der gesamten Fläche justiert werden. Die Genauigkeit der Positionierung und Wölbungskorrektur wird deshalb über laufende Kalibrierungen und Prüfungen sichergestellt. Dabei erfolgt an fünf Stellen, sternförmig über die gesamte Oberfläche verteilt, eine Abstandsmessung im Vakuum. Dies wurde bisher durch einen Dienstleister zeit- und kostenintensiv mit mechanischen Messtastern durchgeführt. Die LSA GmbH hat eine neue Komplettlösung mit berührungslos messenden kapazitiven Sensoren von Micro-Epsilon entwickelt, die durch den Anlagenbetreiber selbst bedient werden kann.

Der kapazitive Sensor sowie der Vorverstärker sind im Vakuum in einer Messdose gekapselt, mit der der Abstand zwischen den Platten gemessen wird. Insgesamt fünf Sensoren sind mit dem Mehrkanalsystem capaNCDT 6500 verbunden. Die Messwerte werden über Ethernet weitergegeben.

Das kapazitive Hydrostatic Leveling System CHLS4 von Micro-Epsilon arbeitet hochgenau und lässt sich daher unter anderem zur Atomforschung in Teilchenbeschleunigern einsetzen. Das System basiert auf dem altbekannten Prinzip der Schlauchwaage und dient der Kontrolle von Höhenveränderungen des unterirdischen Rohrsystems, wobei kleinste Höhenänderungen durch Veränderungen eines korrelierenden Wasserpegels umgehend und zuverlässig im Submikrometerbereich detektiert werden können.

Das kapazitive Hydrostatic Leveling System CHLS4 besteht aus einem zweiteiligen Edelstahlgehäuse, in dessen Oberteil ein kapazitiver Sensor eingelassen ist. Dieser misst von oben nach unten den Abstand zur Wasseroberfläche, welche sich im unteren Teil, dem Wassertopf, befindet. Ober- und Unterteil werden dicht miteinander verschraubt, sodass der Wasserzu- und -ablauf ausschließlich über die an den Seiten angebrachten wasserführenden Schläuche möglich ist. Für Messungen werden mehrere Systeme über die Schläuche zusammengeschlossen. Der Wasserpegel im „Wassertopf“ pendelt sich nach einer gewissen Zeit, ähnlich des Prinzips der Schlauchwaage, ein.

Zur Weiterentwicklung von Beschleunigertechnologien verfolgt das Helmholtz Zentrum Berlin mit dem Projekt „bERLinPro“ das Ziel, einen „Energy Recovery Linac“ (Linearbeschleuniger mit Energierückgewinnung) auf  eine neue technologische Basis zu stellen. Dabei setzt das Helmholtz Zentrum auf präzise Messtechnik von Micro-Epsilon.

Um die Quelle der zu beschleunigenden Elektronenpakete zu optimieren, wird eine Fotokathode in einer supraleitenden Hochfrequenz-Elektronengun eingesetzt. Die so erzeugten Elektronenpakete bleiben bei weiterer Beschleunigung kompakter als die aus anderen Quellen und können u.a. zur Gewinnung qualitativ besserer Röntgenstrahlung genutzt werden. Die Ausrichtung der Elektronenquelle im Projekt bERLinPro erfolgt mit drei kapazitiven Flachsensoren in Verbindung mit einem DT6220 Controller. Dabei wird die Verkippung sowie die Lageänderung der Halterposition beim Abkühlen von Raumtemperatur auf Temperaturen von 2 Kelvin(-271 °C) erfasst.

Bei dieser Messaufgabe wird die Werkstückposition mit induktiven Sensoren auf Wirbelstrombasis mikrometergenau gemessen. Gefordert werden sowohl ein kontinuierliche Abstandskontrolle als auch ein konstanter Abstand zum Schleifwerkzeug. Das analoge Sensorsignal wird deshalb in eine SPS übertragen. Diese passt die Position des Schleifwerkzeuges anhand der gemessenen Werte an. Da für den Schleifprozess Kühlflüssigkeit (Öl) eingesetzt wird, sind induktive Sensoren perfekt geeignet. Die Applikationslösung lässt sich auch als Retrofit in Bestandsanlagen integrieren.

Bei der Papierherstellung fließt der vorbereitete Papierbrei am sogenannten "nassen Ende" auf ein Förderband aus feinem Drahtgewebe. Durch Unterdruck wird dort der größte Teil des Wassers entfernt. Die Papierbahn entsteht und läuft zur zweiten Station, den Nasspresswalzen, die mit einer zweiten Antriebseinheit die Bahngeschwindigkeit vorgeben. Damit Papierbahnrisse vermieden werden, wird hier ein Laser-Wegmesssystem eingesetzt, das die Papierbahnlage zwischen beiden Stationen erfasst. Das analoge Ausgangssignal des Sensors wird einem Regelkreis zugeführt, die Motordrehzahl an Station 1 beeinflusst und somit ein vorgegebener Abstandssollwert gehalten.

Bei der Rasterkraftmikroskopie werden Positioniereinheiten verwendet, um für Oberflächentopographien die Probe bewegen zu können. Der Sensorkopf des Mikroskopes wird dabei mit flüssigem Helium auf vier Kelvin gekühlt. Zur Überwachung der Positioniereinheiten werden kapazitive Sensoren der Serie capaNCDT 6300 verwendet. Die besonders flache Bauform ermöglicht den Einsatz bei dem beengten Einbauraum. Spezielle Materialien mit sehr geringer thermischen Dehnung ermöglichen Nanometerpräzision.

Synchronringe werden als Synchronpaket in Automatikgetrieben eingesetzt. Für ihre Serienfertigung erstellte Behr Systems GmbH/Blaichach eine Handlings- und Bearbeitungsanlage zum Entgraten der Synchronringstirnseiten mit einem Laser. Wichtiger Bestandteil der Anlage ist die Messtechnik, welche die exakte Positionierung der Synchronringe unter dem Entgratlaser gewährleistet.

Operationstische bieten viele Verstellmöglichkeiten für die richtige Lagerung des Patienten während der Operation. Neben der Höhe können häufig auch die Horizontalposition und Winkelfunktionen eingestellt werden. Da die Positionierung elektrisch geschieht, gilt es die Positionen zu überwachen. Dazu werden Seilzugsensoren von Micro-Epsilon verwendet.

In einem Profilwalzwerk werden Formstähle in einem sogenannten Reversierbetrieb gewalzt. Anschließend wird die Stabmitte durch einen optoNCDT 1700-750BL vermessen und ausgewertet.

Für hochwertige Bilder bei digitalen Röntgengeräten muss die Kamera exakt zur Röntgenröhre ausgerichtet werden. Für den flexiblen Einsatz des Geräts sind verschiedene Achsen elektrisch verfahrbar. Damit die Ausrichtung der Kamera zur Röntgenröhre möglichst exakt erfolgt, werden die Positionen mit Seilzugsensoren der Serie wireSENSOR erfasst. Mit der Gleichlaufsteuerung können somit Kamera und Röntgenröhre völlig parallel bewegt werden.

Wenn Satelliten miteinander kommunizieren geschieht dies über einen Laserstrahl. Dafür muss der Sender sehr präzise auf den Empfänger ausgerichtet werden. Der Laserstrahl wird über einen Umlenkspiegel stabilisiert. Die Positionswerte werden mit Miniatur-Wirbelstromsensoren von Micro-Epsilon erfasst, die eine Auflösung von besser als ein Mikrorad erreichen. Auch in Positionieraufgaben wie für das Lasertracking oder der Lithographie werden diese Sensoren verwendet.

Spurführungselemente (Spurkränze, Spurrollen) sorgen dafür, dass der Kran auf den Schienen bleibt. Dabei können ungleiche Masseverteilung, Spurfehler, Schienenversatz oder unterschiedliche Antriebsgeschwindigkeiten dazu führen, dass die Spurführungselemente ineinander greifen. Die entstehenden Querkräfte führen zu Geräuschen, Spannungen in der Krankonstruktion oder Verschleiß an Rädern und Schienen. Der Wartungsaufwand für solche Anlagen ist erheblich. Um diesen zu minimieren werden Spurregler eingesetzt, die die Kranräder mittig auf den Schienen halten. Dabei wird der Regler durch mehrere Sensoren über Lage und Richtung des Kranes informiert und auftretende Abweichungen korrigiert.

Faserverbundwerkstoffe werden aufgrund ihrer hohen Festigkeit und ihres geringen Gewichts immer häufiger in der Luftfahrt oder der Automobilindustrie eingesetzt. Die Instandhaltung und Reparatur solcher Komponenten stellt die Reparaturbetriebe vor besondere Herausforderungen. Der beschädigte Bereich muss Schicht für Schicht abgetragen werden, um den späteren Wiederaufbau der Laminatschicht zu ermöglichen.

Für Reparaturen an Flugzeugen hat die SAUER GmbH den ULTRASONIC mobileBLOCK, eine mobile 5-Achs-Fräseinheit entwickelt, mit der Reparaturen in wenigen Minuten ermöglicht werden. Da die Beschädigungen überall am Bauteil auftreten können, ist vor der Bearbeitung eine Vermessung der Oberfläche notwendig. Hierfür setzt SAUER Sensorik von Micro-Epsilon ein.

Um Kollisionen zu vermeiden, wird zunächst der Abstand zur Oberfläche mit Hilfe eines Lasertriangulators optoNCDT 1302 mit einem Messbereich von 200 mm gemessen. Im Anschluss wird dann die Oberfläche mit Hilfe eines Laser-Scanners vom Typ scanCONTROL vermessen. Auf Basis der ermittelten 3D Daten wird dann das Programm für die Bearbeitung erstellt.

Wird die Position der Stoffbahn nicht bzw. falsch erkannt sind Ausschuss durch fehlerhafte Zuschnitte sowie Maschinenstörungen durch fehlende Signale an der Steuerung mögliche Folgen.

Daher wird ein Lichtleitersensor der Reihe optoCONTROL CLS­K ­31 von Micro­Epsilon zur Positionserkennung eingesetzt. Der Sensor detektiert zuverlässig den Rollenanfang. Er ist direkt an einem der Schneidmesser montiert und erkennt aus etwa 140 mm Abstand wann sich die Stoffbahn in der Zuschnitt­Position befindet. Über einen Schaltausgang (PNP) wird ein Signalpegel direkt an die Steuerung ausgegeben und der Schneidvorgang ausgeführt. Auf diese Weise können die Schneidelemente je nach Material auf 0,5 bis 2 mm genau positioniert werden. Nach jedem Schnitt wird die Stoffposition neu ermittelt. Der Messvorgang erfolgt bei Vorschubgeschwindigkeiten von 20 m/min.

Das Messsystem optoCONTROL CLS­K ­31 von Micro­Epsilon liefert höchst zuverlässige und reproduzierbare Messergebnisse was letztlich die Genauigkeit des Zuschnitts optimiert und Ausschuss sowie Störungen reduziert. Selbst gegenüber Kratzern und Verunreinigungen auf der metallisch glänzenden Oberfläche der Walze reagiert das CLS­K ­31 nahezu unempfindlich.

Seilzugwegsensoren von Micro-Epsilon sorgen dafür, dass sich der Turm in der exakten Position befindet. Hierfür wird die Höhe genau gemessen. Nur so lässt sich diese zwischen 0,8 m und 3,5 m auf einfache Weise über eine Konsole am Beckenrand regeln. Am Sprungturm kommt ein Seilzugwegsensor der Reihe wireSENSOR WDS-P115 zum Einsatz, der das Ein- und Ausfahren der Leiter erfasst. Über diese Messwerte wird jeweils die aktuelle Höhe des Sprungturms ermittelt.

Die Herausforderung liegt in der hohen Luftfeuchtigkeit, der chlorhaltigen Umgebung und der hohen Anzahl an Arbeitszyklen, die die Sensoren leisten müssen. Die Wahl fiel daher auf die industriellen Seilzugwegsensoren wireSENSOR WDS-P115 von Micro-Epsilon. Dank ihres großen Messbereichs, dem robusten Profilgehäuse aus Aluminium sowie der langlebigen Bauweise mit verschleißfreien Encodern liefern die modernen Industriesensoren auch in anspruchsvollen Umgebungen präzise Ergebnisse. Zudem lassen sie sich einfach installieren. Über die Standardmodelle hinaus sind spezielle Ausführungen mit beschichteten Gehäusen und rostfreien Edelstahlelementen bei extremen Umwelteinflüssen wie Salzwasser erhältlich.

Kleinste Wege, sowohl statisch als auch dynamisch, werden üblicherweise durch Piezo-Aktoren erzeugt. Damit diese Wege die erforderliche Genauigkeit im Bereich von Nanometern und auch Sub-Nanometern besitzen, sind präzise Wegsensoren nötig. Extreme Auflösungen und Wiederholbarkeiten bis zu 0,04 nm sind möglich. Diese Subnanometer-Präzision liefern berührungslose kapazitive Wegsensoren von Micro-Epsilon. Die Baureihe capaNCDT verbindet Präzision mit der nötigen Stabilität.