Dickenmessung: Banddicke, Blechdicke, Foliendicke, Gummidicke, Isolatordicke, Schichtdicke, Plattendicke

Zur frühzeitigen Erkennung von Fehldicken im Aluminiumband werden Laser-Triangulationssensoren optoNCDT als zeitgemäße Alternativlösung zu Isotopen-Messsystemen eingesetzt. Am Messort sind die Sensoren gegenüberliegend, oberhalb und unterhalb des durchlaufenden Alubandes montiert. Unabhängig von der genauen Höhenlage des Bandes erhält man durch eine einfache Abstandssignalverknüpfung F=Ref. - (A +B) beider Sensoren die exakte Materialdicke.

Bei der Herstellung von Aluminium Platinen ist es wichtig, die Dicke der Platine konstant zu halten. Micro-Epsilon bietet für den Kalt- und Warmwalzbereich geometrisch messende Anlagen zur Bestimmung von Dicke und Breite. Die eingesetzten Abstands- und bzw. Profilsensoren arbeiten material- bzw. legierungsunabhängig. Das Portfolio umfasst C- und O-rahmenförmige Systeme, die ohne Radioaktivität arbeiten und einen effizienten Betrieb ermöglichen.

Bei der Produktion von Batterieseparatoren ist die Inline-Überwachung der Profildicke eine wichtige Messaufgabe im Rahmen der Qualitätssicherung. Zur Ermittlung der Profilstruktur ist ein Messsystem mit hoher Ortsauflösung und Abtastrate nötig. Damit ist diese Aufgabe eines der klassischen Einsatzgebiete des laseroptischen Triangulationssensors der Serie optoNCDT 2000. Der Batterieseparator wird in einem Extrusionsprozess hergestellt. Zur Dickenmessung sind die optischen Sensoren an einen geschweißten C-Rahmen montiert. Dieser traversiert berührungsfrei (luftgelagert) auf einem Hartgesteinsockel. Auf diese Weise wird die Schwingung des Obergurts minimiert und eine präzise Messung ermöglicht.

Die Dicke der Blasfolie ist ein wichtiges Kriterium, um von einer konstanten Qualität in der Produktion von Blasfolie sprechen zu können. Dabei können teils starke Dickentoleranzen bei der Produktion auftreten. Direkt nach der Extrusionsdüse misst das Blasfoliensystem von Micro-Epsilon das Profil der Folie, berührend oder berührungslos. Auf einem Reversierrahmen sitzend umfährt das System laufend den Folienschlauch und liefert die Daten an das Host-System zur Steuerung der Extrusionsdüse.

Bei der Blechbearbeitung werden Bleche einzeln in Maschinen eingezogen. Entscheidend ist dabei, dass jeweils nur ein Blech in die Maschine gelangt. Daher wird beim Einzug die Dicke der Bleche gemessen, um den einfachen Einzug sicherzugstellen. Weicht der aktuelle Messwert von der Dicke eines einzelnen Blechs ab, wird der Prozess angehalten. Die Messung ist unabhängig von der absoluten Position des Blechs im Messspalt. Je nach Anforderung werden dafür laseroptische oder kapazitive Wegsensoren verwendet.

Die  Verformung  von  Bremsscheiben  unter  Belastung während  des  Bremsvorganges  ist  eine  ideale  Messaufgabe für den optoNCDT 1700BL. Durch die kurze Wellenlänge des verwendeten blau-violetten Lasers blendet das von  der  rotglühenden  Bremsscheibe  abgestrahlte  Licht nicht den Sensor, da die Wellenlänge von 600 nm sehr weit von der Wellenlänge des blau-violetten Lasers von 405 nm entfernt ist und durch die verwendeten hochwertigen Interferenzfilter wirksam blockiert wird.

Bei der Produktion von Behälterglas stellen die Wandstärke und die Rundheit der Flaschen ein wichtiges Qualitätsmerkmal dar. Im laufenden Prozess müssen deshalb diese Größen zu 100% kontrolliert werden. Fehlerhafte Behälter werden sofort ausgeschleust und der Glas-Schmelze wieder zugeführt. Aufgrund der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten und um die Flaschen nicht zu beschädigen ist eine schnelle und berührungslose Messung erforderlich. Hierfür ist das konfokal chromatische 2-Kanalmesssystem confocalDT 2422 in Kombination mit dem Sensor IFS2406-10 von Micro-Epsilon die optimale Lösung.

Mineralwolle  zum  Dämmen  von  Häusern  ist  ein  häufig eingesetztes  Produkt.  Für  die  Einhaltung  der  Dämmeigenschaften ist jedoch neben der homogenen Materialstruktur auch die Dicke von tragender Bedeutung. Zur Qualitätssicherung in der Produktion werden zwei Lasersensoren optoNCDT 1700 mit integriertem Controller und Freiblaseinrichtung zum Schutz der Optik eingesetzt.

Gummimatten für die Bauwerksabdichtung müssen eine bestimmte Dicke für Haltbarkeit und Reißfestigkeit aufweisen. Die Dicke der Folien wird direkt nach der Extrusion erfasst. Die eingesetzten optoNCDT 1750 Sensoren erfassen die Distanz zum Gummi trotz schlechter Reflektivität. Die Dicke wird aus dem Sensorsignal und dem Abstand zu einer Referenzwalze bestimmt. Damit erkennt der Anwender bereits beginnende Abweichungen von der Solldicke.

Laser-Distanz-Sensoren der Reihe optoNCDT ILR2250-100 von Micro-Epsilon vermessen die Coils nach dem Phasenvergleichs-Verfahren. Für diese Messaufgabe wird ein Sensor im Abstand von 0,2 bis 10 m mit Blick auf den Radius des Coils angebracht. Dieser misst kontinuierlich den Abstand zum Coil. Da sich durch den Abrollprozess der Durchmesser der Bandstahlrolle stetig verringert, erhöht sich infolgedessen der Abstand zwischen Coil und Sensor. Diese Streckenveränderung erfasst der Sensor zuverlässig und übermittelt sie als Messwert über die serielle Schnittstelle RS422 an die Steuerung des Produktionsprozesses. Über die Steuerung kann nun eine frühzeitige Warnmeldung ausgeben werden, noch bevor das Material vollständig abgerollt ist.

Bei der Produktion von Kartoffelchips sind die Konsistenz, die Qualität und damit auch der Geschmack maßgeblich abhängig von der Dicke der verwendeten Kartoffelscheiben. Abhängig von den Prozessparametern und dem Zustand der verwendeten Werkzeuge, kann die Dicke geschnittener Scheiben sich im Laufe der Produktionszeit langsam aber stetig verändern. Daher ist es wichtig, die Dicke während der Produktion ständig zu überwachen. Hierfür werden die Sensoren scanCONTROL 2950-50/BL eingesetzt. Deren Laserlinie wird auf ein Förderband projiziert, an dem kontinuierlich Musterscheiben vorbeigeführt werden.

Für die Qualitätskontrolle von Displayglas wurde eine spezielle Messanlage entwickelt. Die Glasscheibe wird per Roboter auf einen Messtisch platziert. Dort traversiert ein Messarm mit mehreren konfokalen Sensoren über die Glasscheibe. Sollten irgendwelche Dickenabweichungen auftauchen, wird die Scheibe als NOK markiert und ausgesondert. Simultan umfährt der Laserscanner scanCONTROL die Kanten und prüft diese auf Defekte und auf Dimension. Nach erfolgreich abgeschlossener Prüfung wird die Platte zurück in den Produktionsprozess gehoben und die nächste Messung startet.

Der Wirbelstrom-Wegsensor sitzt in der Ziehmarkeneinrichtung einer Druckmaschine und detektiert dort indirekt über eine bewegliche Messfahne die Bogendicke des zu bedruckenden Bogens. Der jeweilige Abstand zwischen Sensor und Messfahne ist ein Maß für die Bogendicke, d. h. es kann erkannt werden, ob sich ein oder mehrere Bögen in der Ziehmarkeneinrichtung befinden.

Die Dicke produzierter Folien ist häufig ein entscheidendes Qualitätskriterium in der Fertigung. Zur Kontrolle der Dicke so früh als möglich in der Produktion werden eigens entwickelte Dickenmessanlagen verwendet. Dualsensoren, die aus zwei Sensoren verschiedener Messprinzipien bestehen erfassen dabei von einer Seite berührungslos die Dicke über die gesamte Breite der Folie. Damit entsteht ein Dickenprofil der Flachfolie, mit dem Produktionsanlagen äußerst präzise geregelt werden können. Je nach Folienart setzen sich die Dualsensoren unterschiedlich zusammen.

In der Folienproduktion ist eine Dickenüberwachung im Prozess entscheidend für eine konstante Produktqualität. Der Kombisensor KS5 von Micro-Epsilon misst berührungslos von nur einer Seite die Dicke von Folien.

In der Textilindustrie ist eine gleichbleibende Garndicke Grundvoraussetzung für hochwertige Produkte. Die natürlich vorkommenden Dickenschwankungen an Garnen gilt es deshalb zu beseitigen. Durch ein Streckwerkzeug wird das Garn auf eine konstante Dicke gezogen. Die Messdaten für die Regelung des Streckwerkzeugs liefert ein Wirbelstromsensor, der indirekt die Dicke erfasst. Über Tastrollen wird die Dicke zum Wirbelstromsensor weitergeleitet. Nach dem Strecken wird das Ergebnis des Bearbeitungsschrittes ebenfalls von einem Wirbelstromsensor kontrolliert.

Zur Dickenmessung an Flachglas werden konfokal-chromatische Sensoren von Micro-Epsilon eingesetzt. Die Glasscheibe wird per Roboter auf einen Portalmesstisch platziert. Die in mehreren Spuren angeordneten konfokalen Sensoren messen die Glasdicke sowie die Welligkeit der Glasplatten in nur einem Messvorgang. Die konfokalen Sensoren ermöglichen die Glasdickenmessung von nur einer Seite und ermögliche eine hohe Messgenauigkeit. Liegt die Scheibendicke außerhalb der Spezifikation, wird die Scheibe als NOK markiert und ausgesondert.

Geometrische Inspektion der Glaskante mit Laserscannern

Simultan zur Glasdickenmessung werden scanCONTROL Laserscanner zur Erfassung der Glasgeometrie (Abmessungen, Rechtwinkligkeit) sowie zur Detektion von Kantenausbrüche eingesetzt. Die Laserscannern fahren die Glasscheibe ab und prüfen die Kanten auf dimensionelle Abweichungen. Die Signalauswertung findet direkt im Sensorkopf statt, d.h. die Berechnung muss nicht in externen Systemen erfolgen. Nach erfolgreich abgeschlossener Prüfung wird die Glasscheibe zurück in den Produktionsprozess gehoben und die nächste Messung der Scheibengeometrie und Glasdicke startet.

Die Auslegung der Dicke von Glasscheiben ist ein Optimierungsprozess zwischen einer geforderten mechanischen Festigkeit und wirtschaftlichem Materialeinsatz. Im Fertigungsprozess wird die Glasdicke gemessen und die Einhaltung der vorgegebenenToleranzen überwacht. Die Messung wird mit Wegsensoren auf Wirbelstrombasis durchgeführt. Der Sensor schwebt dabei über der Glasoberfläche und misst durch das Glas hindurch gegen eine dahinter liegende Metallplatte. Die Werte können direkt am Gerät abgelesen werden; eine analoge Ausgangsspannung ermöglicht weitere Auswertungen.

Innerliner dienen in jedem Reifen dazu, die Luft vor dem Entweichen zu bewahren. Da der Innerliner ein sicherheitsrelevantes Merkmal eines jeden Reifen ist, werden hohe Anforderungen an die Einhaltung der Solldaten gestellt. Ein wichtiges Kriterium ist die Schichtdicke. Das System zur Dickenmessung von Innerlinern arbeitet berührungslos und verschleißfrei. Direkt nach dem Kalander wird der Innerliner durch das Messsystem geführt. Ein Messkopf traversiert dabei über die Oberfläche. Ein Wirbelstromsensor misst den Abstand zur Referenzwalze, während ein optisches Mikrometer die Distanz zur Gummioberfläche erfasst. Die Anlage kann zur besseren Temperaturkompensation in den Heizkreislauf des Kalanders integriert werden.

Im Bereich der Kunststoffplattenfertigung müssen aufgrund der notwendigen Qualitätssicherung Dicken-Profilvermessungen durchgeführt werden. Hierzu werden zwei laseroptische Wegsensoren jeweils einer ober und unterhalb der definiert durchlaufenden Platte, an einer Traversiereinrichtung montiert. Die vorprogrammierten Messpunkte werden nacheinander abgefahren. Unabhängig von der genauen Höhenlage der Platten erhält man durch eine einfache Verknüpfung der synchron aufgenommenen Abstandswerte beider Sensoren die genaue Materialdicke. Im vollautomatischen Ablauf des Profilvermessungstisches wird die Ausgabe des gewünschten Messprotokolls mit Hilfe einesPC-Systems realisiert.

Raue Industrieumgebung stellt hohe Ansprüche an die optischen Wegsensoren: Trotz Staub und hohen Prozessgeschwindigkeiten muss präzise gemessen werden. Seit vielen Jahren meistern die Laser-Sensoren der Serien optoNCDT 1750 und optoNCDT 2300 diese Herausforderungen. Doch sind Störbewegungen (Bandbewegungen, Radialbewegungen von Umlenkrollen oder Schwingungen eines Grundkörpers) größer als das Messobjekt, kann der Messprozess erschwert und gar verhindert werden. Ein Beispiel dafür sind z.B. Falten in einem Band.

Um PCBs vor Umwelteinflüssen wie Luftfeuchtigkeit zu schützen, werden diese mit einer Klarlack-Schutzschicht überzogen. Damit wird eine fehlerfreie Funktion gewährleistet. Insbesondere die Automobilindustrie fordert für diese Schutzschicht eine Mindestdicke.

Exakte Messungen konnten bisher nur zerstörend erfolgen. Konfokale Sensoren von Micro-Epsilon lösen diese Messaufgabe berührungslos und somit zerstörungsfrei. Sie liefern die Dickenwerte in Echtzeit.

Eingesetzt werden konfokale Sensoren der Reihe confocalDT IFS 2405 mit einem Messbereich von 1 mm. Diese zeichnen sich durch einen äußerst kleinen Messfleck von nur 8 µm sowie eine hervorragende Präzision zur Messung dünner Schichten aus. Die Messung erfolgt unmittelbar und schnell mit einer Messrate von 1 kHz über den konfokalen Controller confocalDT IFC2465.

Werden optische Datenträger produziert, so werden die Daten zunächst auf einen Master übertragen. Vom Master werden je nach Anzahl der Kopien durch Galvanisieren verschiedene Matrizen aus Nickel erzeugt. Diese Matrizen müssen für eine einwandfreie Produktion eine Dicke von 297 µm ± 3 µm aufweisen. Dass bei der Galvanisierung dieses Maß eingehalten wird, wird mehrfach überprüft. Das Unternehmen ISEDD GmbH aus Bielefeld hat dazu ein Messgerät entwickelt, das schnelle und genaue Prüfungen an den Matrizen erlaubt. Für die Dickenmessung werden kapazitive Sensoren von Micro-Epsilon verwendet.

Dickenmessung mit Wegsensoren ist ein breites Anwendungsfeld. Grundsätzlich wird zwischen zerstörungsfreier/zerstörender, berührungsloser/berührender und einseitiger/zweiseitiger Dickenmessung unterschieden. Die Micro-Epsilon Messverfahren zur Dickenmessung sind frei von Isotopenstrahlung, wodurch keinerlei Strahlungsvorschriften eingehalten werden müssen.

Dickenmessungen sind sowohl mit berührenden als auch berührungslosen Sensoren durchzuführen, wobei berührungslose Messverfahren Vorteile in Sachen Genauigkeit und Messgeschwindigkeit vorweisen. Zudem wird zwischen einseitiger und zweiseitiger Dickenmessung unterschieden. Zweiseitige Dickenmessungen werden mit mindestens einem Sensorpaar durchgeführt, das in einer Achse zueinander montiert ist. Dieses Sensorpaar misst synchron auf das Messobjekt. Die Differenz der Messergebnisse (C-A-B) ergibt die Messobjektdicke. Einseitige Dickenmessungen sind ausschließlich mit berührungslosen Sensoren durchzuführen. Dabei wird mit nur einem Sensor auf das Messobjekt gemessen und entweder nur ein Teil der Messobjektdicke (z.B. Schichtdicke) oder die komplette Messobjektdicke erfasst. Dickenmessungen werden hauptsächlich in der Prozesskontrolle und Qualitätssicherung eingesetzt, z.B. zur Regelung von Extrusionsanlagen oder 100% Prüfung von Rohrdurchmessern.

Für die Herstellung von Kautschukfolie, die mit Hilfe von Kalandern gewalzt wird, sind enge Dickentoleranzen vorgegeben. Stichprobenartige Handmessungen, wie sie bisher durchgeführt wurden, genügen den heutigen Anforderungen der Qualitätskontrolle nicht mehr. Zur Inline-Überprüfung der Dicke wurde daher ein System mit drei festen Spuren adaptiert. Für jede Spur wird ein Wirbelstromsensor vom Typ U6 in ein Abrollsystem eingebaut, das gegen eine Edelstahl-Walze misst. Controller der Reihe multiNCDT Serie 100 werden als Auswerteelektronik eingesetzt. Die Edelstahl-Walze stellt bei der Messung das Bezugssystem dar.

Die Ölfilmdicke bei Verbrennungsmotoren beschreibt den Spalt und damit die Menge an Öl, die sich zwischen Kolben und Zylinderwand befindet. Damit ist sie mitunter ein bestimmender Faktor für die Laufruhe und Lebensdauer. Da der Ölfilm nur integriert und im Befeuerungszustand real erfasst werden kann, ist es äußerst schwierig Sensoren für diese Umgebungsbedingungen herzustellen, die dann auch noch Platz finden. Besonders miniaturisierte Wirbelstromsensoren von Micro-Epsilon sind dazu im Stande. Der kleinste mit nur 2,4 mm Außendurchmesser wird direkt in die Zylinderwand integriert und auf dessen Form zugeschliffen. Dort misst er in jedem Arbeitstakt die Distanz von Sensor zu Kolben, bzw. das Platzangebot für das Motoröl zur Schmierung.

Vor dem Einlauf von Formblechen in die Presse werden zur Schadensvermeidung laseroptische Wegsensoren eingesetzt, die eine Doppelblecherkennung ermöglichen. Die Sensoren sind gegenüberliegend, ober- und unterhalb der durchlaufenden Bleche montiert. Unabhängig von der genauen Lage der Bleche erhält man durch eine einfache Abstandssignalverknüpfung beider Sensoren die Materialdicke. Zum Abgleich wird je nach Blechtyp ein Masterblech in den Messspalt eingelegt und das vorhandene Signal auf Null gesetzt. Der Nullwert wird innerhalb einer Toleranz überwacht. Auf Grund des Umfeldes werden die Sensoren in speziellen Schutzgehäusen betrieben.

Vor dem Einlauf von Blechen in die Richtanlage werden zur Schadensvermeidung laseroptische Wegsensoren eingesetzt, die eine Doppelblecherkennung sowie eine genaue Erfassung hochstehender Kanten ermöglichen.

Die Schichtdickenmessung gehört zur Gruppe der einseitigen berührungslosen Dickenmessung. Grundsätzlich kann bei opaken Objekten nur die Schichtdicke von elektrischen Isolatoren gemessen werden. Ein Wirbelstromsensor durchdringt die isolierende Schicht ohne Beeinträchtigung und misst den Abstand zu einer dahinterliegenden Schicht. Zeitgleich misst ein zweiter Sensor, z.B. ein Lasertriangulator, ein kapazitiver Sensor oder ein optisches Mikrometer auf die isolierende Schicht. Durch verrechnen beider Signale ergibt sich die Schichtdicke. Dieses Verfahren der Messung mit zwei Sensoren unterschiedlicher Prinzipien wird von Micro-Epsilon als Dualsensorik bezeichnet. Zweite Möglichkeit ist die Schichtdickenmessung transparenter Materialien mittels konfokaler Messtechnik. Das austretende Weißlicht durchdringt das Messobjekt und liefert an jedem Materialübergang einen Peak im Signalgraphen. Beispielsweise kann damit die Glasdicke bei einem Spiegel gemessen werden.

Sprühhäute für KFZ­-Armaturen und Airbag­-Verkleidungen werden mit einer robotergeführten Düse in eine beheizte Form aufgesprüht. Aus Sicherheits­gründen werden bei Airbags äußerst geringe Toleranzen gefordert. Daher muss die Dicke der Sprühhaut während des Sprühprozesses inline geprüft werden. Die Messung erfolgt mit einem Kombinations­-Sensor (Wirbelstrom­-Wegsensor und Laser­-Wegsensor), der am Roboterarm befestigt ist. Der Wirbelstromsensor misst den Abstand zur nickelbeschichteten Spritzform und hat in der Mitte eine Öffnung, durch die der Lasersensor den Abstand zur Sprühhaut misst. Beide Signale subtrahiert ergeben die Dicke der Sprüh­haut.

Beilagscheiben sind heutzutage ein Hilfsstoff der in allen Industriebereichen verwendet wird. Da diese meist aus unterschiedlichen Legierungen bestehen und auch in allen Größen und Dicken benötigt werden, sind die Anforderungen an die Hersteller sehr hoch. Um dem Kunden ein sortenreines und qualitativ hochwertiges Produkt anbieten zu können, werden die Dicke und der Durchmesser vor dem Verpacken überprüft. Für diese Sicherstellung wurde ein scanCONTROL 2910-50 verwendet.

Verbund-Sicherheits-Glas verhindert durch eine Folie zwischen mehreren Glasscheiben, dass bei einem Bruch gefährliche Glassplitter umherfliegen. Die klebende Folie wird während der Produktion gespannt. Wichtig dabei ist, dass die Folie die richtige Dicke aufweist, um die geforderte Sicherheit gewährleisten zu können. Dicke kann mit dem konfokalen System confocalDT einseitig gemessen werden. Das Licht des Sensors durchdringt das Glas und zeigt die Dicke der Folie in der Scheibe an.