Lasersysteme für Form-, Ebenheits- und Mehrstellenmessung

Lasersysteme für Form-, Ebenheits- und Mehrstellenmessung sind fortschrittliche technische Lösungen für die geometrische Prüfung von Werkstücken und Oberflächen, die auf Laserquellen unterschiedlicher Art (Punkt-, Linien- und Multispot-Laser) sowie auf Triangulations-, Laufzeit- oder interferometrischen Sensoren beruhen. Sie ermöglichen berührungslose Messungen bei hoher Geschwindigkeit und eignen sich damit ideal für Produktionslinien, für empfindliche oder heiße Teile und für lackierte Oberflächen. Sie kommen zum Einsatz bei der Ebenheitsprüfung von Platten und Blechen, bei der gleichzeitigen Messung zahlreicher Maße an komplexen Bauteilen, bei der geometrischen Prüfung von Fertigprodukten und bei der dynamischen Maßprüfung.

Lasertechnologien

Punktförmige Laser-Triangulationssensoren nutzen eine kollimierte Laserdiode, die einen Punkt auf der Zieloberfläche beleuchtet; die Lage der Reflexion auf einem unter bekanntem Winkel angeordneten CMOS-Sensor liefert den Abstand. Die typische Auflösung beträgt 0,1 bis 1 µm bei Messbereichen von wenigen Millimetern und bis zu einigen zehn Mikrometern bei Messbereichen von mehreren hundert mm. Laserliniensensoren projizieren eine Lichtlinie auf eine Oberfläche, und eine Kamera erfasst das durch die Werkstückgeometrie verformte Profil, was eine 3D-Rekonstruktion in Echtzeit ermöglicht. Laufzeitsysteme (LiDAR) decken größere Entfernungen ab und eignen sich zum Abtasten großer Werkstücke oder ganzer Umgebungen.

Mehrsensor-Konfigurationen

Bei Laser-Mehrstellenmessungen werden zahlreiche Punktsensoren auf Präzisionsgestellen angeordnet, mit Ausrichtungen, die die maßgeblichen Maße des Werkstücks abdecken. Die sensorübergreifende Kalibrierung sichert die Einheitlichkeit des Bezugs; die Software erfasst alle Kanäle gleichzeitig und berechnet Maße, Unrundheit, Ebenheit und Parallelität. Portal- oder Tunnelanordnungen sind bei der Prüfung von Blechen, Verbundplatten, Schalen und Strukturkäfigen weit verbreitet.

Anwendungen

Laser-Form- und Ebenheitssysteme werden eingesetzt bei der Prüfung von Karosserieblechen und -schalen (Türen, Hauben, Kotflügel), von Blechen und Metallprofilen, von Verbundwerkstoffteilen (CFK für die Luft- und Raumfahrt), von Gläsern und Spiegeln sowie von elektronischen Bauteilen zur Prüfung der Koplanarität der Anschlüsse. Laser-Mehrstellensysteme ersetzen herkömmliche Taststationen dort, wo eine Berührung unerwünscht ist oder sich das Werkstück bewegt. Die Messgeschwindigkeit erlaubt die 100-%-Prüfung der Fertigung, auch bei großen Werkstücken.

Normen und Sicherheit

Industrielle Lasersysteme werden nach IEC 60825-1 eingestuft (Klassen 1, 2 und 3R für die Leistungsstufen). Für die optische Messtechnik gelten VDI/VDE 2617 und VDI/VDE 2634. Die Kalibrierung erfolgt mit nach ISO 17025 kalibrierten Maßverkörperungen (Planflächen, Kugeln, Ringe) und mit Prüfabläufen bei geregelter Temperatur. Die Messunsicherheit ist nach ISO 14253 zu bewerten.

Auswahlkriterien

Die Auswahl richtet sich nach dem geforderten Messbereich und der Auflösung, nach dem Reflexionsverhalten der Oberfläche (glänzende oder schwarze Oberflächen erfordern besondere Maßnahmen), nach der Prozessgeschwindigkeit, nach der zulässigen Laserklasse, nach den Werkstückabmessungen und nach der Hardwareanbindung (SPS, Roboter, MES). Bei anspruchsvollen Projekten empfiehlt sich eine Analyse- und Erprobungsphase gemeinsam mit dem Lieferanten, um die Lösung abzusichern.

Die Verbindung von Lasersystemen mit Software zur statistischen Auswertung ermöglicht die automatische Erzeugung von SPC-Regelkarten und das Erkennen von Prozessdriften. So entstehen frühe Hinweise auf Wartungs- oder Korrekturbedarf, ganz im Sinne der Best Practices moderner Fertigung.