Laserové profilometry / 3D laserový skener
Laserové profilometry jsou laserové senzory, které shromažďují výšková data po celé délce laserového paprsku, ne jen v jednom bodě. To umožňuje provádět 2D/3D měření např. výškových rozdílů, šířky nebo úhlu pomocí jediného senzoru. Kromě výškových dat shromažďují profilové senzory KEYENCE i data intenzity a poskytují tak stabilní řešení pro měření a kontroly na produkční lince. Řada zahrnuje širokou škálu senzorů pro nejrůznější použití a obory. Náš nový 3D laserový snímač snímků navíc umožňuje 3D vizuální kontrolu stacionárních cílů ve zlomcích sekundy s vysokou přesností, což umožňuje kontrolu v ještě více situacích.
Doporučené položky
Nabídka produktů
3D laserový skener Řada LJ-S8000 jako první na světě využívá metodu detekce motorizovaným skenováním. Integrovaný laserový zdroj světla a skenovací mechanismus eliminují potřebu externího osvětlení, čoček, lineárního pojezdu nebo enkodéru. To umožňuje provádět nejen kontrolu (rozměrů, vzhledu, tvarů atd.), ale i rozdílů oproti etalonu - pouhým umístěním snímače na držák. Extrémně rychlé a přesné 100% kontroly na výrobních linkách jsou nyní k dispozici pro nejrůznější výrobky z různých materiálů. Snímkovací rychlost činí pouhé 0,2 sekundy s opakovatelností 0,3 µm. Funkce Imaging Navigation společnosti KEYENCE pak velmi usnadňuje nastavení jako je výběr snímku s nejlepší kvalitou. Také eliminuje potřebu specializovaných dovedností a výrazně snižuje čas a úsilí potřebné při prvním spuštění nebo při změně nastavení.
Provádějte 2D/3D měření a kontroly na výrobních linkách pomocí jediného zařízení. Naše nejvšestrannější řada zařízení pro měření profilu snadno a přesně změří jakýkoli tvar nebo materiál.
Nejrychlejší na světě se 64 000 profily za sekundu. Rychlost, která činí měření libovolného produktu jakéhokoli tvaru skutečností!
Řada LJ-G přesně měří profil povrchu nebo cíle v osách X a Z. Výška, šířka nebo mezera na profilu povrchu lze změřit pomocí 28 režimů měření.
Laserové profilometry jsou 2D laserové snímače, které nesnímají pouze jediný bod, ale sbírají výšková data podél celé laserové linky. Pracují na principu laserové triangulace – laserový paprsek ve tvaru linky je promítán na cílový objekt a odražené světlo je zachyceno pomocí CMOS senzoru. Tímto způsobem lze ve více bodech podél laserové linky určit výšku objektu. Na základě získaného 2D profilu je možné provádět různá měření, jako je výška, rozdíl výšek, šířka a další rozměrové kontroly – to vše zcela bezkontaktně. Při skenování objektu lze jednotlivé profily spojit do vysoce detailního 3D obrazu, což umožňuje kompletní 3D měření a kontrolu tvaru. Díky rychlému snímání a vysokému rozlišení poskytují laserové profilometry spolehlivé řešení v celé řadě průmyslových aplikací.
2D laserové snímače
2D triangulační metoda využívá laserový paprsek ve tvaru linky, který je difuzně odražen od povrchu cíle. Tento odražený profil je promítnut na vysoce výkonný HSE3-CMOS senzor, kde jsou detekovány změny v poloze a tvaru odraženého světla. Na základě těchto změn lze přesně určit polohu a výšku v jednotlivých bodech podél povrchu.
Jak fungují laserové profilometry?
Jak bylo vysvětleno výše, laserové profilometry – například Řada LJ-X8000 od společnosti KEYENCE – jsou laserové snímače vzdálenosti. Místo měření jediného bodu však 2D laserové profilometry měří výšku po celém 2D profilu.
Toho je dosaženo promítnutím laserové linky na povrch objektu, jehož profil je snímán. Laserové světlo je poté odraženo do světlocitlivého prvku umístěného uvnitř laserového snímače posunutí, kde jsou naměřená data shromážděna, zpracována a uložena pro následnou analýzu.
Laserové profilometry jsou velice přesná zařízení schopná měřit odchylky v rozsahu jednotek mikrometrů. Díky tomu se používají v různých aplikacích spojených se sběrem dat a kontrolou kvality – nemluvě o jejich neocenitelnosti při snímání rozměrových měření. Mezi běžné použití patří kontrola zarovnání dílů, detekce přítomnosti/absence a kontrola povrchových vad.
používání laserových profiloměrů – výhody
Na rozdíl od kontaktních měřicích zařízení mohou laserové profilometry přesně měřit profily měkkých materiálů nebo výrobků, které by mohly být kontaktem poškozeny. Automatizace měření profilů také snižuje závislost na obsluze, čímž eliminuje riziko lidské chyby nebo chyb plynoucích z nesprávného použití měřicích metod, což zvyšuje spolehlivost a zkracuje dobu kontroly.
Kontaktní měřicí systémy je nevhodné používat na produktech citlivých na poškrábání a elektronických součástkách namontovaných na jemných, přesných deskách plošných spojů. Laserové profilometry naopak umožňují měření těchto citlivých produktů během výroby bez zastavení linky a rizika poškození. Díky své bezkontaktní metodě měření mohou laserové profilometry přesně měřit profily gumových výrobků, potravin a dalších měkkých objektů, aniž by je poškodily. Laserové profilometry mohou nabídnout řešení pro automatickou 100% kontrolu v různých odvětvích a procesech.
Protože 1D laserové senzory pro měření vzdálenosti měří v jednom bodě, jsou do určité míry omezené při výpočtu 2D nebo 3D měření, jako jsou rozdíly výšek nebo deformace. Laserové nabízejí řešení pro skenování širokých oblastí v jednom měření, což umožňuje 2D a 3D data výrazně větší rychlostí rychlostí.
Provedení 2D měření, jako je rozdíl výšek, pomocí 1D laserových snímačů vyžaduje buď použití více snímačů, nebo instalaci posuvného stolku pro nastavení polohy snímače vůči výrobku. To může být obtížné kvůli časovým nebo prostorovým omezením a přesnost měření je ovlivněna tím, jak přesně lze díl umístit. Laserové profilometry však měří výšku v celé ploše pomocí laserové linky, což umožňuje provádět měření rozdílu výšek na širokých plochách bez nutnosti pohybu nebo použití více snímačů. Instalací laserových profilometrů do výrobní linky mohou výrobci zvýšit výkonnost tím, že provádějí měření rozdílu výšek, deformací a další 2D/3D dat bez zastavování produktu.
Kontrola založená na kamerovém systému může být u některých aplikací obtížná kvůli světelným podmínkám, nedostatku barevného kontrastu nebo rozdílům ve výšce výrobků. Navíc je možné provést jen 2D měření, takže kontrola výšky musí být řešena zvlášť. Ale laserové profilometry mohou provádět 3D kontrolu a detekci vad jakéhokoliv materiálu bez použití vnějšího osvětlení.
Konvenční plošné kamery a linkové skenovací kamery vyžadují instalaci osvětlení. V některých případech může být obtížné nastavit vhodné a stabilní podmínky kvůli nerovnoměrnosti barev a přítomnosti různých vzorů nebo odlesků. Kamery navíc nemohou měřit výšku a ani zobrazení pod úhlem neumožňuje spolehlivou kontrolu kvůli nemožnosti zaostřit obraz od přední po zadní část výrobku. Laserové profilometry naopak mohou měřit výšky bez vnějšího osvětlení. Stačí nainstalovat pouze hlavici snímače a laserový profilometr lze použít ke kontrole výšky a dalších 3D dat zachycením tvaru objektu shora. Laserové profilometry také umožňují spolehlivé inline měření profilů bez ovlivnění barevnými rozdíly, vzory a dalšími vlastnostmi cílového objektu.
Laserové profilometry / 3D laserový skener – případové studie
Automobilový průmysl
Vysokorychlostní laserové profilometry mohou sledovat systém aplikátoru (dávkovací trysku) a v reálném čase měřit a kontrolovat 3D profil těsnicích hmot a čerstvě nanesených lepidel. Protože laserové profilometry nejsou ovlivněny jiným zdrojem světla, mohou být použity pro měření svarových housenek tak, že v reálném čase kontrolují pohyb a polohu hořáku svařovacího robota. Další aplikace zahrnují kontrolu vzhledu dílů a produktů a další 3D profilová měření, která dříve nebylo možné v rámci inline kontroly plně automatizovat. Společnost KEYENCE uvedla na trh novou generaci automatizovaných kontrol, které jsou možné pouze pomocí laserových profilometrů.
Baterie a další díly pro elektromobily
Baterie – jedna z nejdůležitějších součástí elektromobilů – musí splňovat vysoké standardy kvality a bezpečnosti. Laserový profilometr může automaticky provádět kompletní kontroly v široké škále procesů, včetně kontroly kvality nanášení vrstev během výroby lithium-iontových baterií a 3D profilového měření elektrod a svařovaných housenek při utěsnění víček bateriových pouzder.
Elektronické součástky
Požadavky na kontrolu rostou s rostoucí poptávkou po smartphonech, tabletech a nositelných zařízeních spolu s trendem menších rozměrů a vyšší funkčnosti. Společnost KEYENCE umožňuje automatické kompletní kontroly pomocí laserových profilometrů v odvětví elektronických součástek, včetně měření deformace PCB, pájecích past nanesených na PCB, kontroly vložení olejového těsnění a O-kroužků do pouzder a kontroly správné pozice a tvaru pinů.
Polovodiče
Laserové profilometry jsou velmi účinné pro procesy v polovodičovém průmyslu, kde je vyžadována přesnost a stabilita, díky jejich schopnosti měřit bez negativního vlivu odlesků nebo barevných odchylek. Profil okraje waferu a přesnost jeho polohy hrají zásadní roli při snižování ztrát a efektivní výrobě kvalitních čipů. Společnost KEYENCE uvedla na trh laserové profilometry, které nabízejí spolehlivá a přesná měření a kontroly waferů s jedinečnými vlastnostmi pro profilové inspekce poloh zářezů a tvarů okrajů.
Měření výšky a rozdílu výšek
Typickým problémem při kontrolách je výskyt chyb měření způsobených nakloněním cílového objektu. Společnost KEYENCE uvádí příklady měření výšky a rozdílu výšek pomocí laserového profilometru vybaveného funkcí korekce náklonu pro přesné měření. Jak laserový profilometr funguje, je vysvětleno na příkladu měření, které zahrnuje jak průhledné, tak zrcadlové povrchy, a také ve srovnání s kontaktními měřicími systémy.
Měření šířky
Laserové profilometry mohou poskytovat inline měření šířky cíle v jakékoliv poloze. Společnost KEYENCE uvádí příklady včetně použití laserového profilometru pro měření šířky elastomerů. Jsou také vysvětlena alternativní řešení pro bezkontaktní měření šířky.
Měření úhlu
Laserové profilometry mohou měřit úhly rychle a přesně bez použití více snímacích hlav nebo externích výpočtů. Společnost KEYENCE uvádí příklad, který zlepšuje kvalitu automatického svařování okamžitým měřením tvaru, polohy a úhlu drážky před hořákem automatického svařovacího stroje a poskytuje okamžitou zpětnou vazbu celému systému.
Měření deformace a rovnosti plochy
Jeden laserový profilometr přesně měří deformaci a rovnost plochy výrobku pomocí údajů o výšce podél laserové linky. Díky schopnosti tohoto laserového profilometru detekovat a měřit nejvyšší a nejnižší body výrobku a šířku deformace ze získaných profilových dat jsou měření a kontroly prováděny jednoduše a rychle.
2D měření profilu
Laserové profilometry vybavené jednorázovým HDR mohou poskytovat rychlé a vysoce přesné měření 2D profilu dezénu i během pohybu pneumatik (které mají nízký barevný kontrast). 3D profil lze lze získat složením naměřených profilů pomocí metod zpracování obrazu.
3D měření profilu
Laserové profilometry jsou schopné provádět inline 3D kontroly jakéhokoliv objektu. Spolehlivé kompletní kontroly lze dosáhnout bez ovlivnění cyklového času díky vysoké vzorkovací frekvenci, vysoké přesnosti a širokých možností nastavení polohy laserového profilometru.
Tyto stránky představují osvědčená řešení v různých odvětvích, včetně automobilového průmyslu, výroby fólií a plechů a elektrických a elektronických součástek pro laserové profiloměry, stejně jako naše další laserové snímače posunutí a měřicí systémy. Aplikace lze také prozkoumat podle typů měření, jako je tloušťka, šířka, výška, rozdíl výšek a 3D kontroly.
Laserové profilometry – často kladené dotazy
Ano, 2D laserové profilometry a kamery jsou zásadně odlišná zařízení, a to jak svým fungováním, tak účelem.
Typické jednoduché kamerové systémy pořizují pouze dvourozměrné snímky. Laserové profilometry naopak měří výšku a využívají získaná data pro zjištění přesného tvaru a rozměrů objektu. Naměřená data lze poté zpracovat a vytvořit z nich 3D model.
Kamery navíc potřebují dostatečně silné osvětlení pro dosažení požadované stability, zatímco laserové profilometry provádějí měření pomocí laserového paprsku, který není ovlivněn okolním osvětlením.
Výstupy dat laserových profilometrů a kamer se také výrazně liší. Kamery pořizují fotografie a videa, čímž ale ztrácejí informaci o třetím rozměru, typicky výšce výrobku.
Laserové profilometry fungují jinak. Vytvářejí výstupní data ve 2D nebo 3D, obvykle ve formě tzv. point cloudů nebo povrchových modelů, které zobrazují přesné rozměry a relativní polohu prvků přítomných v tvaru objektu.
Díky schopnosti poskytovat přesná, bezkontaktní měření se laserové profilometry používají v široké škále odvětví.
Výrobní odvětví se silně spoléhají na laserové profilometry během klíčových kroků výroby pro zajištění rozměrové a geometrické přesnosti svých produktů a detekci přítomnosti/absence komponent v sestavách.
Laserové profilometry se také používají v automobilovém průmyslu pro širokou škálu úkolů, od kontroly svarů po 360° kontrolu povrchu, kontrolu rovnosti povrchu a kontroly podvozku a karoserie.
Elektronický průmysl, který se stále miniaturizuje, také spoléhá na laserové profilometry pro kontrolu polohy a zarovnání součástek na PCB před a po pájení (některé součástky se mohou během pájení posunout). Laserové profiloměry se také používají k detekci trhlin a studených spojů nebo různých vad samotné desky plošných spojů.
Další odvětví – včetně leteckého, stavebního a potravinářského průmyslu – také spoléhají na laserové profilometry při výrobě, kontrole kvality a dalších operacích.
Obě řady LJ-V7000 a LJ-X8000 podporují 3D měření a kontrolu profilu, a také inline měření 2D profilu přímo ve výrobě. Řada LJ-X8000 dosahuje rozlišení 3200 pixelů v ose X na každý měřený profil, což umožňuje dosáhnout vysokého rozlišení i v ose Z. Tyto laserové profilometry jsou schopné přesně zachytit i ty nejmenší detaily. Řada LJ-V7000 vysokou vzorkovací frekvencí až 64 kHz, což přispívá ke zkrácení cyklových časů. Obě řady používají modrý laser, který nabízí stabilní měření a kontrolu bez ovlivnění materiálem, barvou nebo teplotou povrchu výrobku.
Jedna senzorová hlava může měřit výrobek o šířce až 720 mm (řada LJ-X8000). Naše laserové profilometry mohou automaticky kontrolovat celou šířku a délku fólií, plechů a dalších širokých objektů pomocí jedné senzorové hlavy nebo více spárovaných. Jejich jednoduchost umožňuje snadnou integraci do stávajících výrobních linek, ale jsou to velmi výkonné kontrolní nástroje, které dokáží detekovat i nejmenší nerovnosti na povrchu od jednoho konce ke druhému bez zastavení pohybu stroje díky vysoké vzorkovací frekvenci. Na rozdíl od běžných kamerových systému je navíc možné použít jen jedno univerzální nastavení pro fólie s různou tloušťkou nebo barvou.
Rozhodně ano. Společnost KEYENCE nabízí nejen balíček pro 3D zpracování obrazu a kontrolu, ale také speciální model s výstupem surových naměřených dat jednotlivých profilů (LJ-X8000A). Tato data lze potom přímo importovat do počítače a mohou být využita pro 3D kontroly pomocí stávajícího systému a existujících knihoven strojového vidění bez dalších nákladů. Tento model je dodáván s verzí vzorkovacího softwaru kompatibilní se softwarem HALCON, který podporuje různé knihovny strojového vidění.
2D profilové skenery, často označované jako laserové linkové snímače nebo laserové linkové skenery, se primárně používají ke skenování a měření tvarů a geometrie objektů a jejich povrchů. Tyto skenery vysílají laserovou linku na cílový povrch, která je odražena a zachycena vestavěnou kamerou/snímačem za účelem vytvoření profilu. Nejčastěji se používají k měření šířky, výšky, mezer nebo úhlu, detekci vad, promáčklin nebo výstupků na povrchu objektu, monitorování rovnoměrnosti materiálu, vyhodnocování opotřebení mechanických částí a kontrole svarových spojů ve výrobních procesech.
3D profilometry rozšiřují schopnosti 2D laserových skenerů tím, že vytvářejí trojrozměrné zobrazení povrchů a objektů. To se obvykle provádí buď kontrolovaným skenováním přes objekt, nebo kombinací více 2D profilů do jednoho trojrozměrného. Díky schopnosti snímat třetí rozměr našly 3D laserové profilometry uplatnění při kontrole povrchů, objemových měřeních, monitorování deformací, stejně jako při reverzním inženýrství, replikaci dílů, 3D mapování a topografii velkých ploch a kontrole a ověřování kvality ve výrobních procesech. Navíc je lze snadno integrovat s dalšími systémy automatizace, což se hodí při navádění robotů a manipulaci s materiálem.
3D profil lze vytvořit pomocí 2D laseru tak, že se buď skener, nebo skenovaný objekt pohybuje podél třetí osy, která je obvykle kolmá na směr 2D skenování. Pomocí více 2D skenů objektu pak příslušný software kombinuje tyto 2D profily do kompletního 3D zobrazení skutečného povrchu. Tento proces se často provádí integrací enkodérů a dalších mechanismů pro sledování polohy, aby byly zajištěny přesné výsledky.
Při srovnání 3D laserových profilometrů a kamerových systémů závisí volba optimální metrologické technologie na konkrétních potřebách a požadavcích aplikace. 3D profilometry vynikají v poskytování informací o hloubce a výšce s vysokým rozlišením, což je činí ideálními pro detailní 3D skenování povrchů a měření tvaru. Jsou vhodné pro širokou škálu materiálů a povrchových úprav a umožňují získání komplexních 3D dat v jednom průchodu.
Kamerové systémy (vizuální inspekce) naopak poskytují výjimečně vysoké rozlišení 2D snímků a jsou ideální pro aplikace, kde je klíčové rozpoznávání barev, kontrola tvaru nebo shoda vzorů. Na rozdíl od 3D profilometrů však neposkytují informace o výšce ani topografii povrchu.
Výběr technologie tedy závisí na požadovaném typu měření – pro detailní 3D analýzu povrchu je vhodnější 3D profilometr, pro rychlou 2D inspekci a rozpoznávání vzorů je vhodnější vizuální systém.
