Profilomètre / Capteur laser 3D instantané

Les profilomètres laser peuvent effectuer des mesures de profil sans contact. Contrairement aux dispositifs de mesure par contact, les profilomètres laser peuvent mesurer avec précision les profils de matériaux souples ou de cibles susceptibles d’être endommagés par contact. L’automatisation de la mesure de profil supprime également la dépendance aux opérateurs, éliminant ainsi le risque d’erreur humaine ou de variation des méthodes de mesure, ce qui améliore la fiabilité tout en réduisant le temps d’inspection.

Les systèmes de mesure par contact sont difficiles à utiliser sur les surfaces de produits sensibles aux rayures et sur les composants électroniques montés sur des circuits imprimés (PCB) délicats et de précision. Les profilomètres laser, en revanche, peuvent mesurer ces cibles délicates pendant la production, sans arrêter les pièces pour inspection. Grâce à leur méthode de mesure sans contact, les profilomètres laser peuvent mesurer avec précision les profils de produits en caoutchouc, d’aliments et d’autres objets souples similaires sans modifier la forme de la cible sous l’effet de la pression du contact. Les profilomètres laser offrent une solution pour des inspections automatiques à 100 % dans une grande variété d’industries, de processus et de produits.

Comme les capteurs de déplacement laser 1D mesurent en un seul point plutôt que sur toute la surface, ils sont quelque peu limités pour calculer des mesures 2D ou 3D telles que les différences de hauteur ou la déformation. Les profilomètres laser offrent une solution pour balayer de grandes surfaces en un seul passage, ce qui permet d’effectuer des mesures plus complexes à grande vitesse.

Pour effectuer des mesures 2D, comme la différence de hauteur, avec des capteurs de déplacement laser 1D, il faut utiliser plusieurs capteurs ou installer une platine de précision pour ajuster la position du capteur par rapport à la cible. Cela peut être difficile en raison de contraintes de temps ou d’espace, et la précision dépend de la qualité de positionnement de la pièce. Cependant, les profilomètres laser mesurent la hauteur sur une surface à l’aide d’une ligne laser plutôt qu’en un seul point, ce qui permet de réaliser des mesures de différence de hauteur sur de grandes surfaces sans nécessité de mouvement ou de capteurs multiples. En installant des profilomètres laser sur une ligne de production, les fabricants peuvent améliorer le débit en effectuant des mesures de différence de hauteur, de déformation et d’autres mesures 2D/3D sans arrêter le produit.

L’inspection basée sur caméra peut être difficile pour certaines applications en raison des conditions d’éclairage, du manque de contraste de couleur ou des différences de hauteur de la cible. De plus, le contrôle par caméra se limite à l'inspection 2D, la mesure 3D devra être faite avec un nouvel appareil. Les profilomètres laser peuvent effectuer des inspections 3D et la détection de défauts sur tout matériau sans éclairage externe.

Les caméras matricielles et les caméras à balayage linéaire nécessitent l’installation d’éclairages. Dans certains cas, il peut être difficile de régler les conditions en raison des différences de couleur, de motifs, de brillance et d’autres caractéristiques de la cible. De plus, les caméras ne peuvent pas mesurer la hauteur, et même viser sous un angle ne permet pas une inspection fiable en raison de l’impossibilité de focaliser l’image de l’avant à l’arrière de la cible. À l'inverse, les profilomètres laser peuvent mesurer les hauteurs sans éclairage externe. Avec seulement une tête de capteur installée, un profilomètre laser peut être utilisé pour inspecter la hauteur et d’autres données de profil 3D en capturant la forme de l’objet par le dessus. Les profilomètres laser peuvent également réaliser des mesures de profil en ligne fiables sans être affectés par les différences de couleur, les motifs et autres caractéristiques de l’objet cible.

Les profilomètres laser à grande vitesse peuvent suivre le système d’application (buse de distribution) pour mesurer et inspecter en temps réel le profil 3D des mastics et des adhésifs fraîchement appliqués. Comme les profilomètres laser ne sont pas affectés par la lumière rayonnante, ils peuvent être utilisés pour mesurer les cordons de soudure juste après soudage en suivant le chalumeau du robot de soudage. D’autres applications incluent l’inspection de l’apparence des pièces et produits ainsi que d’autres mesures de profil 3D qui étaient auparavant impossibles pour les inspections automatisées en ligne. KEYENCE a introduit sur le marché la nouvelle génération d’inspections automatisées à 100 % qui ne peuvent être réalisées qu’avec des profilomètres laser.

Les batteries, l’un des composants les plus importants des véhicules électriques, doivent répondre à des normes élevées de qualité et de sécurité. Un profilomètre laser peut effectuer automatiquement des inspections à 100 % dans un large éventail de processus, y compris le contrôle qualité de l’application des revêtements lors de la fabrication des batteries lithium-ion et la mesure du profil 3D des électrodes et des cordons de soudure pour le scellement des couvercles de boîtiers carrés.

Les besoins d’inspection augmentent avec la demande croissante de smartphones, de tablettes et d’appareils portables, ainsi que la tendance à la miniaturisation et à une fonctionnalité accrue. KEYENCE permet des inspections automatiques à 100 % à l’aide de profilomètres laser dans l’industrie des composants électroniques, notamment la mesure du profil de la déformation des PCB et des pâtes à souder appliquées sur les PCB, l’inspection de l’insertion des joints d’huile et des joints toriques dans les boîtiers et l’inspection de la coplanarité des broches.

Les profilomètres laser sont très efficaces pour les processus de semi-conducteurs où la précision et la stabilité sont nécessaires, grâce à leur capacité à mesurer sans être affectés par la brillance ou les variations de couleur des pièces. Le profil du bord de la tranche et la précision du positionnement jouent un rôle majeur dans la réduction des pertes et la fabrication efficace de puces de qualité. KEYENCE a mis sur le marché des profilomètres laser offrant des mesures et des inspections précises et fiables des tranches avec des brillances particulières pour l’inspection des positions des encoches et des formes des bords.

Un problème typique rencontré lors des inspections est la survenue d’erreurs de mesure dues à l’inclinaison de l’objet cible. KEYENCE présente des exemples de mesures de hauteur et de différence de hauteur à l’aide d’un profilomètre laser équipé d’une fonction de correction d’inclinaison pour une mesure précise. Le fonctionnement du profilomètre laser est expliqué à l’aide d’un exemple de mesure impliquant à la fois des surfaces transparentes et réfléchissantes ainsi qu’une comparaison avec les systèmes de mesure par contact.

Les profilomètres laser permettent de mesurer en ligne la largeur d’une cible à n’importe quelle position. KEYENCE présente des exemples, dont un cas d’utilisation d’un profilomètre laser pour mesurer la largeur d’élastomères. Des solutions alternatives pour la mesure de largeur sans contact sont également expliquées.

Les profilomètres laser peuvent mesurer les angles rapidement et précisément sans utiliser plusieurs têtes de capteurs ou de calculs externes. KEYENCE présente un exemple qui améliore la qualité du soudage automatique en mesurant instantanément la forme, la position et l’angle de la rainure devant le chalumeau de la machine à souder automatique et en fournissant un retour d’information au système.

Un seul profilomètre laser mesure avec précision la déformation et la planéité d’une cible en utilisant les données de hauteur sous la ligne laser. Les mesures et inspections sont effectuées simplement et rapidement grâce à la capacité de ce profilomètre laser à détecter et mesurer les points de sommet et de fond de hauteur ainsi que la largeur de la déformation à partir des données de profil obtenues.

Les profilomètres laser équipés de la technologie HDR à prise unique permettent une mesure rapide et précise du profil 2D des bandes de roulement même lorsque les pneus (qui présentent un faible contraste de couleur) sont en mouvement. Le profil 3D peut également être mesuré en acquérant les données de profil de toute la circonférence du pneu en rotation et en les soumettant à un traitement d’image.

Les profilomètres laser sont capables d’effectuer des inspections 3D en ligne sur n’importe quel objet. Des inspections fiables à 100 % peuvent être réalisées sans affecter le temps de cycle grâce à l’échantillonnage à grande vitesse, à la haute précision et aux fonctions de réglage de position haute performance des profilomètres laser.

Oui, les profilomètres laser 2D et les caméras sont fondamentalement différents, tant dans leur fonctionnement que dans leur objectif.

Les caméras — sauf les caméras d’imagerie 3D très avancées — capturent des images en deux dimensions. Les profilomètres laser, en revanche, mesurent des données de hauteur pour obtenir la forme et les dimensions précises des objets. Ces données de hauteur peuvent ensuite être combinées en une image 3D d’une pièce.

De plus, les caméras dépendent de l’éclairage ambiant pour capturer des images, tandis que les profilomètres laser émettent de la lumière pour illuminer l’objet et capturer sa géométrie à partir de la lumière réfléchie.

Enfin, les données fournies par un profilomètre laser et une caméra matricielle sont très différentes.
Le profilomètre laser mesure directement la surface en fournissant des données précises de hauteur. Une caméra matricielle capture des images en 2D, qui sont des représentations visuelles planes. Même si certaines caméras peuvent estimer des informations en 3D, elles présentent généralement les données sous forme d’images en deux dimensions.

Les profilomètres laser fonctionnent différemment. Ils produisent des données 2D ou 3D, généralement sous forme de nuages de points ou de modèles de surface, qui représentent les dimensions exactes et la position relative des caractéristiques présentes dans la forme d’un objet.

Parce qu’ils permettent des mesures précises et sans contact, les profilomètres laser sont utilisés dans un large éventail de secteurs.

Les industries manufacturières s’appuient fortement sur les profilomètres laser lors des étapes critiques de la production pour garantir l’exactitude dimensionnelle et géométrique de leurs produits ainsi que la présence ou l’absence de composants dans les assemblages.

Les profilomètres laser sont également utilisés dans l’industrie automobile pour une grande variété de tâches, allant de l’inspection des soudures à l’inspection de surface à 360°, en passant par l’inspection de l’uniformité et l’inspection du châssis et de la carrosserie.

L’industrie électronique, avec sa miniaturisation continue, s’appuie également sur les profilomètres laser pour inspecter le positionnement et l’alignement des composants sur le PCB avant et après le soudage (certains composants peuvent se déplacer pendant la fusion de la soudure). Les profilomètres laser sont également utilisés pour identifier les fissures et les soudures froides, ainsi que tout problème éventuel avec la carte PCB elle-même.

D’autres secteurs — notamment l’aérospatiale, la construction, agroalimentaire — s’appuient également sur les profilomètres laser pour leurs opérations de fabrication, d’assurance qualité et de contrôle qualité.

Les Séries LJ-V7000 et LJ-X8000 prennent toutes deux en charge la mesure et l’inspection avancées de profils 3D, sans oublier l’inspection de profils 2D à l’aide de la mesure de profil en ligne. La Série LJ-X8000 atteint 3200 pixels sur l’axe X par profil, permettant une mesure de profil ultra-haute définition sur les axes X et Z. Ces profilomètres laser sont capables de capturer avec précision les moindres détails du profil. La Série LJ-V7000 offre un échantillonnage à grande vitesse, jusqu’à 64 kHz, contribuant à des temps de cycle plus courts grâce à une mesure et une inspection en ligne rapides et précises. Les deux séries utilisent un laser bleu, qui offre une mesure et une inspection stables sans être affectées par le matériau, la couleur ou la température de la cible.

Une tête peut mesurer jusqu’à une largeur de 720 mm (Série LJ-X8000). Nos profilomètres laser peuvent inspecter automatiquement la largeur totale et la longueur totale de feuilles, films et autres objets larges avec une seule tête de capteur ou plusieurs capteurs associés. Leur simplicité permet une intégration facile dans les systèmes existants, mais ce sont des outils d’inspection très puissants capables de détecter la moindre irrégularité sur toute la surface sans arrêter le mouvement de la machine roll-to-roll grâce à leur capacité d’échantillonnage à grande vitesse. De plus, contrairement aux caméras conventionnelles, les profilomètres laser n’ont pas besoin que la position de la tête soit réajustée, même pour des feuilles de différentes épaisseurs ou couleurs, ce qui leur permet de mesurer une grande variété de produits facilement et rapidement.

Absolument. KEYENCE propose non seulement un package de traitement et d’inspection d’images 3D, mais aussi un modèle dédié à la sortie de profil (LJ-X8000A) qui est spécialisé et conçu uniquement pour l’utilisation avec la sortie de données de profil. Comme les données brutes de profil mesurées par un profilomètre laser peuvent être importées directement dans un ordinateur, ces données peuvent être intégrées dans des inspections 3D à l’aide d’un système existant et de bibliothèques de vision industrielle existantes sans coût supplémentaire. Ce modèle est fourni (gratuitement) avec une version du logiciel d’échantillonnage compatible HALCON qui prend en charge diverses bibliothèques de vision industrielle.

Les scanners de profil 2D, sont principalement utilisés pour balayer et mesurer les formes et géométries des objets et de leurs surfaces. Ces scanners projettent une ligne laser sur une surface cible, qui est réfléchie et captée par la caméra ou le capteur intégré pour générer un profil. Ces scanners sont le plus souvent utilisés pour mesurer la largeur, la hauteur, les écarts ou les angles, détecter les défauts, bosses ou saillies sur la surface de l’objet, surveiller l’uniformité des matériaux, évaluer l’usure des pièces mécaniques et inspecter les cordons de soudure dans les processus de fabrication.

Les profilomètre 3D s’appuient sur les capacités des scanners laser 2D pour créer une représentation tridimensionnelle des surfaces et des objets. Cela se fait généralement soit en balayant l’objet de manière contrôlée, soit en combinant plusieurs profils 2D en un seul profil 3D. Grâce à leur capacité à visualiser ou à balayer la troisième dimension, les profilomètres laser 3D sont utilisés pour l’inspection de surfaces, les mesures volumétriques, la surveillance des déformations et des gauchissements des matériaux, ainsi que pour la rétro-ingénierie, la réplication de pièces, la cartographie 3D et la topographie de grandes surfaces, le contrôle qualité et la vérification dans les processus de fabrication. Ils s’intègrent également facilement à d’autres systèmes d’automatisation, ce qui s’avère utile pour le guidage robotique et la manutention des matériaux.

Il est possible de générer un profil 3D à l’aide d’un laser 2D en déplaçant soit le scanner, soit l’objet à scanner le long du troisième axe, généralement perpendiculaire à la direction de balayage 2D. Grâce à plusieurs balayages 2D de l’objet, le logiciel associé combine ces profils 2D pour obtenir une représentation 3D complète de la surface réelle de l’objet. Ce processus est souvent réalisé en intégrant des codeurs et d’autres mécanismes de suivi de position pour garantir une cartographie précise de la surface de l’objet.

Lorsqu’il s’agit de comparer les profilomètres laser 3D et les systèmes de vision, la meilleure technologie de métrologie dépend de vos besoins et exigences. Comme leur nom l’indique, les scanners 3D excellent dans la fourniture d’informations de profondeur/hauteur avec une résolution fine, ce qui les rend adaptés aux applications nécessitant des balayages 3D détaillés de surfaces. Ils sont également plus rapides en acquisition de données que les systèmes de vision, meilleurs pour les balayages de surfaces très détaillés et capables de gérer une plus grande variété de matériaux et de conditions de surface. Cependant, les scanners laser 3D nécessitent un mouvement, tandis que les systèmes de vision fonctionnent généralement sur des pièces stationnaires. Les systèmes de vision, en revanche, offrent des balayages 2D de très haute résolution et sont excellents pour les applications où la reconnaissance des couleurs et la correspondance de motifs sont importantes. Mais ils sont nettement plus lents que les lasers 3D.