Dimensionelle Messungen und geometrische Analysen wurden in der Vergangenheit mit berührenden Messgeräten durchgeführt. In der heutigen Zeit gibt es jedoch mehrere Branchen, die auf berührungslose Messungen angewiesen sind. Diese Anforderungen können sich aus einer Reihe von Anwendungen ergeben. Objektsensibilität, hochpräzise Messungen und Automatisierung sind einige Beispiele für diese Fortschritte. In diesem Artikel gehen wir auf die grundlegenden Aspekte der berührungslosen Messung ein. Außerdem gehen wir auf die Details ein und erörtern berührungslose Messlösungen für Unternehmen.
Berührungslose Messung
Wie der Begriff bereits vermuten lässt, bedeutet berührungslose Messung, dass ein Objekt ohne physischen Kontakt gemessen wird. Dazu haben wir im Laufe der Jahre differenzierte Techniken entwickelt. Jede Technik analysiert die Geometrie des Objekts aus der Ferne. Aber nicht nur das, sondern auch die physikalischen Eigenschaften werden erfasst. Im Laufe der Jahre haben sich einige berührungslose Messtechniken als Grundnahrungsmittel etabliert. Es gibt laserbasierte Bildverarbeitungssysteme, optische Systeme und Ultraschallsysteme. Was ist das Besondere an der berührungslosen Messtechnik? Sie bietet eine hohe Genauigkeit - mit einer Wiederholbarkeit der Beobachtungen. Die Präzision von berührungslosen Systemen kann bis zu Nanometern reichen!
Grundsätze der berührungslosen Messung
Bei der berührungslosen Messtechnik werden Werkzeuge eingesetzt, um die Maßdaten eines Objekts zu ermitteln. Die Daten werden ohne physischen Kontakt erfasst. Sie nutzt Technologien, die ein Objekt aus der Entfernung mit Sensoren abtasten. Die einfachste Form der berührungslosen Messung sind optische Messgeräte. Sie bilden Objektmodelle durch bildgebende Verfahren nach. Andere Formen der berührungslosen Technologien sind laserbasierte Systeme und Ultraschallwellen. Klicken Sie hier um den Unterschied zwischen berührungslosen und berührenden Messungen zu erkennen.
Wie unterscheidet sie sich von der berührenden Messung?
Kontaktgebundene Messgeräte müssen ein Objekt physisch berühren, um es zu messen. Dies kann in Form von Messtastern, elektrischen Signalen oder Messzangen geschehen. Dies führt zu einer inhärenten Beschränkung der Art des Objekts, das sie messen können. Was ist, wenn das Werkstück zu klein ist, wie eine Leiterplatte? Was ist, wenn es leicht verformbar ist, wie ein chirurgisches Implantat? Die berührungslose Messung hebt diese Beschränkung auf, indem sie das Objekt aus der Entfernung abtastet. Dies ermöglicht eine größere Flexibilität, Vielfalt und Einfachheit der Messung. Durch die Verringerung der Anforderungen an die menschliche Bedienung wird die Zuverlässigkeit der Messungen erhöht.
Arten von berührungslosen Messtechnologien
Laserbasierte Systeme
Laserscanner sind das Nonplusultra der modernen Metrologie. Das Grundprinzip der Lasermessung ist eigentlich ganz einfach. Die Entfernungsmessung erfolgt über die Lichtlaufzeit. Was bedeutet das? Im Wesentlichen ermitteln Lasersysteme die Entfernung anhand der Zeit, die der Strahl für seinen Weg benötigt. Was ist der Laufweg, werden Sie sich fragen? Vom Sensor zum Ziel und zurück. Die Lasertriangulation ist eine fortschrittliche messtechnische Technik. Dabei werden mehrere Sensoren (Kameras) über dem Bühnenbereich angebracht. Die Kameras sind in bestimmten Winkeln angebracht und erfassen das reflektierte Licht. So erfahren sie, was sie über die Abmessungen des Objekts wissen müssen.
Optische Systeme
Bei der berührungslosen optischen Messung werden Bilder gemacht. Wir fotografieren das Ziel und analysieren die Abmessungen anhand des Bildes. Die Photogrammetrie ist in letzter Zeit eine beliebte Technik. Das Objekt wird aus mehreren Winkeln fotografiert, und die Bilder werden ausgewertet. So erhält man eine umfassende Rekonstruktion seiner Merkmale. Häufig hört man auch von der Weißlichtinterferometrie, einer weiteren optischen Technik! Dabei wird von vielen Punkten des Objekts weißes Licht ausgestrahlt. Was ist das Ergebnis? Ein Interferenzmuster. Es stellt sich heraus, dass dies viele Informationen über das Objekt liefern kann. Materialeigenschaften, Topografie und Abmessungen - all das lässt sich mit dieser einfachen Technik ermitteln.
Ultraschall- und radargestützte Systeme
Ultraschall und Radar beruhen auf einer Sache - Schallwellen. Diese Systeme nutzen hochfrequenten Schall zur Untersuchung von Materialien. Ihr Funktionsprinzip ist dem des Lasers sehr ähnlich. Auch bei ihnen wird die Zeit gezählt, die die Schallwelle braucht, um zurückzukehren. Ultraschallsensoren haben einen großen Erfassungsbereich und sind vielseitig einsetzbar. Allerdings können sie unter bestimmten Bedingungen weniger genau sein. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie in flüssigen und festen Medien arbeiten können. In einem Vakuum können sie jedoch nicht arbeiten. Mit schallbasierten Messungen lassen sich Fehler in Rohren, Tanks oder Metallblechen leicht erkennen.
Die Bedeutung der berührungslosen Messung
Hohe Präzision und Genauigkeit
Berührende Messgeräte können mit dem Werkstück interferieren. Sie können dessen Dynamik und physikalische Eigenschaften beeinflussen. In einer kritischen Branche ist dies nicht akzeptabel. Was aber, wenn Sie diskrete Miniaturprodukte wie Elektronik und Medizin messen? Berührungslose Messlösungen bewahren die Integrität des Objekts. Mehr noch - sie tun dies mit brillanter Präzision und Genauigkeit. Die Beeinträchtigung der Oberfläche eines Objekts ist minimal. Sie können Oberflächenprofile in Sekundenschnelle reproduzieren. Ziemlich gut, oder?
Zerstörungsfrei und sicher für empfindliche Objekte
Es besteht kein Zweifel daran, dass menschliche Arbeitskräfte in der Fertigungsindustrie von unschätzbarem Wert sind. Wenn es jedoch um empfindliche Objekte geht, wird es kompliziert. Erstens ist die menschliche Kontrolle zeitaufwändig. Zweitens sind die Löhne der Arbeiter teuer. Ist es da ein Wunder, dass berührungslose Messungen für die Industrie von unschätzbarem Wert sind? Etwas so Empfindliches wie ein medizinisches Implantat wird in Sekundenschnelle geprüft! Die herkömmliche Bearbeitung dieser Werkstücke ist mühsam und zeitaufwändig. Mit optischen Scannern können Sie Ihre Kosten senken und gleichzeitig die Produktivität steigern. Es gibt zahlreiche weitere Beispiele für Werkstücke, die eine berührungslose Messung erfordern. Sie können problemlos geschmolzenes Metall, heiße Automobilteile oder radioaktive Materialien untersuchen.
Schnelligkeit und Effizienz bei der Datenerfassung
Die Automatisierung der Industrie ist eine der wichtigsten Entwicklungen des 21. Jahrhunderts. Die maschinelle Prüfung hat mehrere mühsame Aufgaben ersetzt. Die erste, die aus der Mode kam, war die manuelle Prüfung. Ein großer Dank gilt der berührungslosen Messtechnik. Diese Systeme sind darauf spezialisiert, große Datenmengen in kurzer Zeit zu erfassen. Oftmals sind sie in der Lage, eine Echtzeitüberwachung durchzuführen. Sie sind für die Qualitätskontrolle und die autonome Entscheidungsfindung unverzichtbar. Sie sammeln riesige Mengen an Daten. Sie sind die ideale Grundlage für die Verfeinerung der Fertigung und die Verbesserung von Geschäftsmethoden.
Vielseitigkeit in Bezug auf Materialien und Oberflächen
In der Industrie werden verschiedene Materialien in der Fertigung eingesetzt. Die herkömmliche Messtechnik ist manchmal nicht in der Lage, mit dieser Dynamik Schritt zu halten. Berührungslose Messgeräte sind für Materialien und Oberflächen unverzichtbar. Einige Beispiele sind organische, keramische, metallische oder Verbundwerkstoffe. Berührungslose Geräte prüfen all diese Materialien mit Leichtigkeit.
Berührungslose Messgeräte
Bildverarbeitungsmessgerät (VMM)
Bildverarbeitungsmessgeräte sind vielseitige optische Geräte. Sie nutzen bildgebende Verfahren zur Analyse von Eigenschaften. Die Hauptkomponenten von VMMs sind optische Sensoren (CMOS- oder CCD-Kameras). Darüber hinaus verfügen sie über optische Zoomobjektive und Messsoftware. VMMs benötigen eine angemessene Beleuchtung, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Sie rekonstruieren das Werkstück in 3D. Durch Extrapolation seines Bildes aus mehreren Winkeln erstellen sie ein CAD-Modell. VMMs sorgen dafür, dass Fertigungsabläufe autonom funktionieren. Zu den weit verbreiteten Anwendungen gehört das Scannen von Barcodes. Es wird im Einzelhandel und in Lieferketten eingesetzt. Auch die Elektronikindustrie, die Herstellung medizinischer Komponenten und die Qualitätskontrolle sind wichtige Anwendungen.
Koordinatenmessmaschine (CMM)
Traditionell sind KMGs kontaktbasierte Messgeräte. Moderne KMGs sind jedoch mit optischen oder laserbasierten Tastern ausgestattet. Diese Anbaugeräte verfügen über eine entsprechende Softwareunterstützung. Mit diesen Werkzeugen führen KMGs berührungslose Messungen durch. Sie erfüllen jedoch weiterhin traditionelle Funktionen. Optische KMGs haben die Möglichkeiten der Industrie erweitert. KMG-Benutzer können jetzt ihr Messarsenal mit ein paar Modifikationen erweitern.
3D-Scanner
3D-Scanner extrahieren die entscheidenden Merkmale eines Objekts, indem sie es in ein 3D-Modell umwandeln. Dank der Mehrwinkelbildgebung. Sobald ein 3D-Scanner die Merkmale erfasst hat, vergleicht er sie mit den Konstruktionsspezifikationen. Durch diesen Prozess validieren 3D-Scanner die Fertigungsprozesse. Sie sind entscheidend für die Identifizierung kleinster Abweichungen und Defekte. 3D-Scanner helfen industriellen Geräten bei der Durchführung von Pass/Fail-Kontrollen. Sie ermöglichen Produkt-Reverse-Engineering und Design-Validierung.
Laser-Triangulationssensoren
Bei Laser-Triangulationsgeräten wirft ein Sender den Laserstrahl in verschiedenen Winkeln auf das Objekt. Der reflektierte Strahl wird von einer CMOS-Kamera unter verschiedenen Winkeln gemessen. Das Verfahren liefert einen umfassenden Bericht über die Oberfläche. Er enthält Entfernungen, Abmessungen, Profile und Materialinformationen. Die Lasertriangulation ist eine vielseitige Technologie. Sie kommt unter anderem in Qualitätskontrollstationen, automatisierten Montagelinien und bei der Oberflächeninspektion zum Einsatz.
Ultraschall-Sensoren
Der Ultraschallbereich liegt zwischen 20kHz und 200kHz. Bei diesen Frequenzen können die Wellen eine große Entfernung mit minimaler Dämpfung zurücklegen. Dies ist der Grund, warum Ultraschallsensoren so gut auf unebenen, zerklüfteten oder klaren Medien funktionieren. Ultraschallmessgeräte bestehen aus einem Wandler, der Schallwellen aussendet und empfängt. Er bestimmt die Entfernung und das Profil anhand der Zeit, die der Schall braucht, um zurück zu prallen. Die Ultraschallmessung ist für die Längenmessung unverzichtbar. Sie ermöglicht auch die Erfassung von Partikeln, die Überprüfung des Volumens und die Abstandsmessung.
Anwendung der berührungslosen Messung
Herstellung und Produktion
Heutzutage erhöhen die Werkstätten den Automatisierungsgrad in ihren Betrieben ständig. Einer der wichtigsten Wegbereiter für diese Entwicklung ist die berührungslose Messung. Sie hat das Präzisionsniveau in der Fertigung in die Höhe getrieben. Eine geringere Abhängigkeit des Menschen von den betrieblichen Aufgaben bedeutet mehr Zuverlässigkeit und höhere Effizienz. Mehrere Branchen (z. B. die Elektronikindustrie) sind bei der Produktkontrolle in hohem Maße auf berührungslose Geräte angewiesen.
Luftfahrt
Die Luft- und Raumfahrtindustrie ist ein kritischer Wirtschaftszweig. Sie erfordern strenge globale Standards. Nur hochpräzise berührungslose Messungen können diese Bedingungen erfüllen. Optische und Ultraschallsensoren liefern genaue Messungen. Sie können komplexe Baugruppen profilieren. Laser Tracker richten Flügel nach detaillierten Vorgaben aus.
Autos und Automobile
In vielen Branchen des Automobilsektors werden traditionell KMGs eingesetzt. Es ist jedoch sehr einfach, ein vorhandenes KMG auf ein optisches KMG umzustellen. Damit erweitern Sie Ihr Messarsenal. Zuvor haben Sie vielleicht Fahrzeugrahmen und -verkleidungen gemessen. Mit optischen KMGs erweitert sich das Spektrum der Produktprüfung dramatisch. Dadurch können Werkstätten mehr Projekte selbst bearbeiten, anstatt sie auszulagern.
Medizin
Die Medizintechnik ist eine weitere Branche, die höchste Präzision und Qualität erfordert. Zu den kritischen Geräten in diesem Bereich gehören CT-Scanner, MRT-Geräte, Körper- oder Nervenimplantate und medizinische Hilfsmittel. Berührungslose Messgeräte dienen der Fehlererkennung. Sie stellen sicher, dass kleine und empfindliche Maschinenkomponenten fehlerfrei sind.
Elektronik
Optische Messwerkzeuge sind für jede Elektronikwerkstatt von entscheidender Bedeutung. Die Größe der Chips wird in der gesamten Branche immer kleiner. Folglich kann der Mensch sie nicht mehr manuell prüfen. Berührungslose Messgeräte verarbeiten mikroelektronische Komponenten effektiv: PCBs, Halbleiter, Kondensatoren oder Induktoren.
Schlussfolgerung
Die Innovation in der Wissenschaft läuft auf Hochtouren. Die Messtechnik steht an der Spitze dieses Fortschritts. Die berührungslose Messtechnik stellt weltweit einen bedeutenden Wandel in Design und Produktion dar. Ihre Fähigkeit, die Industrie zu verändern, ist unbestreitbar. Dies geschieht durch hochpräzise, schnelle und unterbrechungsfreie Messungen. Die Möglichkeit, aus der Ferne zu messen, hat mehrere Auswirkungen, die noch nicht erforscht sind. Das Wachstum der berührungslosen Messtechnik geht Hand in Hand mit dem Tempo der maschinellen Bildverarbeitung und der künstlichen Intelligenz. Bei weiteren Fragen zur berührungslosen Messtechnik wenden Sie sich bitte an unser Team von Branchenexperten.