Beugungsmuster verraten den Durchmesser
Bewegungsunschärfen sind kein Problem für das am Fraunhofer IPA entwickelte Messsystem. Es misst den Durchmesser von ruhig liegenden Rohren und Stäben ebenso sicher wie den von bewegten.
Befindet sich der Prüfling in Ruhe, lässt er sich sehr leicht und genau vermessen. Auf dem Markt sind auch zahlreiche verschiedene berührungslos arbeitende Systeme verfügbar, die in der Fertigung den Aussendurchmesser von Rohren, Stäben und anderen Rundmaterialien bestimmen. Die meisten stoßen jedoch immer dann auf Probleme, wenn sich das zu messende Objekt bewegt - sei es aufgrund des Fertigungsprozesses oder wegen der Umgebungsbedingungen. Matthias Recknagel und Markus Hüttel vom Fraunhofer IPA haben ein Messsystem entwickelt, das auch von zittrigen Kandidaten zuverlässig den Durchmesser bestimmt. Es macht sich die Eigenschaft von kohärentem Licht zunutze, an den Kanten beleuchteter Objekte Beugungsmuster zu erzeugen. Als Lichtquelle setzen sie einen Diodenlaser ein. Ihm genau gegenüber ist einer Zeilenkamera angebracht. Das Messobjekt läuft zwischen Laser und Kamera durch, die die dabei entstehenden Beugungsmuster aufzeichnet und digitalisiert.
»Über die Beugungsmuster kann der Ort der beiden Kanten und damit der Durchmesser des Messobjekts bereits in einer einzigen Aufnahme mit hoher Genauigkeit bestimmt werden«, erklärt Recknagel. Mehrere Messungen derselben Stelle, wie sie andere Systeme vornehmen, um daraus dann die Messergebnisse in Form von Mittelwerten zu errechnen, sind bei dem Beugungsmuster-Verfahren nicht nötig. Durch die kurze Integrationszeit der Zeilenkamera entstehen auch keine Bewegungsunschärfen, die das Ergebnis verfälschen können. Bei sich drehenden Prüflingen ermöglicht es die kurze Belichtungszeit ausserdem, neben dem Durchmesser auch die Ovalität zu bestimmen und zu überwachen. Das Messsystem kommt ganz ohne bewegte Teile aus, ist darum unempfindlich gegen Vibrationen und durch seinen kompakten und robusten Aufbau auch für den Einsatz unter Fertigungsbedingungen geeignet. Es besteht aus einem einteiligen Messkopf, in den alle optischen Komponenten integriert sind. Die Auswertung der Beugungsmuster erfolgt auf einem Industrie-PC, der durch ein Kabel mit dem Kopf verbunden ist. Über eine Netzwerkverbindung lassen sich die ermittelten Messwerte auch an eine zentrale Visualisierungsstation übertragen, um dort alle Produktionsstationen auf einen Blick zu überwachen.
Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Ing. Matthias Recknagel
Telefon: 0711/970-1875, Telefax: 0711/970-1004, E-Mail: mhr@ipa.fhg.de
