Profilometr laserowy / Laserowy czujnik migawkowy 3D

Profilometry laserowe mogą wykonywać bezkontaktowe pomiary profilu. W przeciwieństwie do urządzeń pomiarowych opartych na kontakcie, profilometry laserowe mogą dokładnie mierzyć profile miękkich materiałów lub celów, które mogłyby zostać uszkodzone przez kontakt. Automatyzacja pomiaru profilu eliminuje również zależność od operatorów, eliminując ryzyko błędu ludzkiego lub zmienności metod pomiarowych, co poprawia niezawodność i skraca czas kontroli.

Systemy pomiarowe kontaktowe są trudne do zastosowania na powierzchniach produktów wrażliwych na zarysowania oraz elementów elektronicznych montowanych na delikatnych, precyzyjnych płytkach PCB. Profilometry laserowe natomiast mogą wykonywać pomiary tych delikatnych celów podczas produkcji, bez zatrzymywania części do kontroli. Dzięki metodzie pomiaru bezkontaktowego profilometry laserowe mogą dokładnie mierzyć profile wyrobów gumowych, artykułów spożywczych i innych miękkich obiektów bez zmiany kształtu celu przez nacisk. Profilometry laserowe mogą zapewnić rozwiązanie dla automatycznych, 100% inspekcji dla różnorodnych branż, procesów i produktów.

Ponieważ 1D czujniki przemieszczenia laserowego mierzą w jednym punkcie, a nie na całej powierzchni, są one w pewnym stopniu ograniczone przy obliczaniu pomiarów 2D lub 3D, takich jak różnice wysokości czy wygięcia. Profilometry laserowe pozwalają na skanowanie szerokich obszarów za jednym przejściem, umożliwiając wykonywanie bardziej złożonych pomiarów z dużą prędkością.

Wykonywanie pomiarów 2D, takich jak różnica wysokości, za pomocą 1D czujników przemieszczenia laserowego wymaga zastosowania wielu czujników lub instalacji precyzyjnej platformy do regulacji położenia czujnika względem celu. Może to być trudne ze względu na ograniczenia czasowe lub przestrzenne, a dokładność zależy od precyzji pozycjonowania części. Jednak profilometry laserowe mierzą wysokość na powierzchni za pomocą linii lasera zamiast pojedynczego punktu, co umożliwia wykonywanie pomiarów różnic wysokości na szerokich obszarach bez potrzeby ruchu lub wielu czujników. Instalując profilometry laserowe na linii produkcyjnej, producenci mogą zwiększyć wydajność, wykonując pomiary różnic wysokości, wygięć i innych pomiarów 2D/3D bez zatrzymywania produktu.

Inspekcja oparta na kamerach może być trudna w niektórych zastosowaniach ze względu na warunki oświetleniowe, brak kontrastu kolorów lub różnice wysokości w celu. Dodatkowo zakres ogranicza się do pomiarów 2D, więc inspekcję wysokości należy wykonać osobno. Profilometry laserowe mogą wykonywać inspekcje 3D i wykrywanie wad dowolnego materiału bez zewnętrznego oświetlenia.

Konwencjonalne kamery obszarowe i linijkowe wymagają instalacji źródeł światła. W niektórych przypadkach trudno jest ustawić odpowiednie warunki ze względu na nierówności kolorów, wzory, połysk i inne cechy celu. Ponadto kamery nie mogą mierzyć wysokości, a nawet ustawienie pod kątem nie umożliwia wiarygodnej inspekcji z powodu braku możliwości pełnego wyostrzenia obrazu od przodu do tyłu obiektu. Z kolei profilometry laserowe mogą mierzyć wysokości bez zewnętrznego oświetlenia. Wystarczy zainstalować głowicę czujnika, aby profilometr laserowy mógł być używany do inspekcji wysokości i innych danych profilu 3D poprzez rejestrowanie kształtu obiektu z góry. Profilometry laserowe mogą również zapewnić wiarygodne pomiary profilu w linii, bez wpływu różnic kolorów, wzorów i innych cech obiektu docelowego.

Szybkie profilometry laserowe mogą podążać za systemem aplikatora (dysza dozująca), aby mierzyć i kontrolować profil 3D uszczelniaczy i świeżo nałożonych klejów w czasie rzeczywistym. Ponieważ profilometry laserowe są odporne na wpływ światła promieniującego, mogą być używane do pomiaru właśnie zespawanych ścieżek poprzez podążanie za palnikiem robota spawalniczego. Inne zastosowania obejmują inspekcje wyglądu części i produktów oraz inne pomiary profilu 3D, które wcześniej były niemożliwe do zautomatyzowanej kontroli inline. KEYENCE wprowadziła na rynek nową generację automatycznych, 100% inspekcji możliwych tylko dzięki profilometrom laserowym.

Akumulatory — jeden z najważniejszych elementów pojazdów elektrycznych — muszą spełniać wysokie standardy jakości i bezpieczeństwa. Profilometr laserowy może automatycznie wykonywać 100% inspekcji w szerokim zakresie procesów, w tym kontrolę jakości powłok podczas produkcji akumulatorów litowo-jonowych oraz pomiar profilu 3D elektrod i ścieżek spawalniczych przy uszczelnianiu pokryw w obudowach prostokątnych.

Potrzeby kontrolne rosną wraz ze wzrostem zapotrzebowania na smartfony, tablety i urządzenia noszone, a także trendem miniaturyzacji i wyższej funkcjonalności. KEYENCE umożliwia automatyczne, 100% inspekcje przy użyciu profilometrów laserowych w branży części elektronicznych, w tym pomiary profilu wygięcia PCB i past lutowniczych nakładanych na PCB, kontrolę włożenia uszczelek olejowych i O-ringów do obudowy oraz kontrolę współpłaszczyznowości pinów.

Profilometry laserowe są bardzo skuteczne w procesach półprzewodnikowych, gdzie wymagana jest precyzja i stabilność, dzięki zdolności do pomiaru bez wpływu połysku części lub zmienności koloru. Profil krawędzi i dokładność pozycjonowania odgrywają ogromną rolę w redukcji strat i efektywnej produkcji wysokiej jakości układów. KEYENCE wprowadziło na rynek profilometry laserowe, które oferują niezawodne, precyzyjne pomiary i inspekcje próbek o unikalnym połysku, w celu kontroli profilu pozycji nacięć i kształtu krawędzi.

Typowym problemem napotykanym podczas inspekcji jest występowanie błędów pomiarowych z powodu przechylenia obiektu docelowego. KEYENCE przedstawia przykłady pomiarów wysokości i różnicy wysokości z użyciem profilometru laserowego wyposażonego w funkcję korekcji nachylenia dla dokładnego pomiaru. Sposób działania profilometru laserowego jest wyjaśniony na przykładzie pomiaru obejmującego zarówno powierzchnie przezroczyste, jak i lustrzane, a także w porównaniu z systemami pomiarowymi kontaktowymi.

Profilometry laserowe mogą zapewnić pomiar szerokości celu w linii produkcyjnej w dowolnym miejscu. KEYENCE przedstawia przykłady, w tym przypadek użycia profilometru laserowego do pomiaru szerokości elastomerów. Wyjaśnione są również alternatywne rozwiązania do bezkontaktowego pomiaru szerokości.

Profilometry laserowe mogą szybko i precyzyjnie mierzyć kąty bez użycia wielu głowic czujników lub zewnętrznych obliczeń. KEYENCE przedstawia przykład, który poprawia jakość automatycznego spawania poprzez natychmiastowy pomiar kształtu rowka, pozycji i kąta przed palnikiem automatycznej spawarki oraz przekazywanie informacji zwrotnej do systemu.

Jeden profilometr laserowy dokładnie mierzy wygięcie i płaskość celu, wykorzystując dane o wysokości spod linii lasera. Pomiary i inspekcje są wykonywane prosto i szybko dzięki zdolności tego profilometru do wykrywania i pomiaru punktów szczytowych i dolnych wysokości oraz szerokości wygięcia na podstawie uzyskanych danych profilu.

Profilometry laserowe wyposażone w pojedynczy HDR mogą zapewnić szybki, wysokoprecyzyjny pomiar profilu 2D bieżnika nawet podczas ruchu opon (które mają niski kontrast kolorów). Profil 3D można również zmierzyć, pozyskując dane profilu całego obwodu obracającej się opony i poddając je przetwarzaniu obrazu.

Profilometry laserowe są zdolne do wykonywania inspekcji 3D w linii na dowolnych obiektach. Niezawodne, 100% inspekcje można osiągnąć bez wpływu na czas cyklu, wykorzystując szybkie próbkowanie, wysoką precyzję i funkcje wysokowydajnej regulacji położenia profilometrów laserowych.

Tak, profilometry laserowe i kamery to zasadniczo różne urządzenia, zarówno pod względem działania, jak i przeznaczenia.

Kamery — chyba że są to zaawansowane kamery obrazowania 3D — rejestrują obrazy dwuwymiarowe. Profilometry laserowe natomiast mierzą dane wysokości, aby uzyskać precyzyjny kształt i wymiary obiektów. Te dane wysokości można następnie połączyć w obraz 3D części.

Ponadto kamery polegają na oświetleniu otoczenia do rejestrowania obrazów, podczas gdy profilometry laserowe emitują światło, aby oświetlić obiekt i uchwycić jego geometrię na podstawie odbitego światła.

Wreszcie, dane wyjściowe profilometrów laserowych i kamer znacznie się różnią. Kamery rejestrują fotograficzne obrazy i filmy w formie cyfrowej, ale rejestrują dane 3D i prezentują je na płaszczyźnie 2D.

Profilometry laserowe działają inaczej. Wyprowadzają dane 2D lub 3D, zazwyczaj w postaci chmur punktów lub modeli powierzchniowych, które przedstawiają dokładne wymiary i względne położenie cech obecnych w kształcie obiektu.

Ponieważ są w stanie zapewnić precyzyjne, bezkontaktowe pomiary, profilometry laserowe są stosowane w szerokim zakresie branż.

Przemysł produkcyjny w dużym stopniu polega na profilometrach laserowych podczas kluczowych etapów produkcji, aby zapewnić dokładność wymiarową i geometryczną produktu oraz obecność/nieobecność komponentów w zespołach.

Profilometry laserowe są również stosowane w branży motoryzacyjnej do szerokiego zakresu zadań, od inspekcji spawów po inspekcje powierzchni 360°, inspekcje jednorodności oraz inspekcje podwozia i nadwozia.

Przemysł elektroniczny, wraz z postępującą miniaturyzacją, również polega na profilometrach laserowych do kontroli pozycjonowania i wyrównania komponentów na PCB przed i po lutowaniu (niektóre komponenty mogą się przesunąć podczas procesu topnienia lutu). Profilometry laserowe są też używane do wykrywania pęknięć i zimnych lutów oraz wszelkich potencjalnych problemów z samą płytką PCB.

Inne branże — w tym lotnicza, budowlana oraz spożywcza — również polegają na profilometrach laserowych w procesach produkcji i kontroli jakości.

Zarówno Seria LJ-V7000, jak i Seria LJ-X8000 obsługują zaawansowany pomiar i inspekcję profilu 3D, nie wspominając o inspekcji profilu 2D z wykorzystaniem pomiaru w linii. Seria LJ-X8000 osiąga 3200 pikseli wzdłuż osi X na profil, umożliwiając pomiar profilu w ultrawysokiej rozdzielczości zarówno w osi X, jak i Z. Te profilometry laserowe są w stanie dokładnie rejestrować drobne cechy profilu. Seria LJ-V7000 zapewnia szybkie próbkowanie, do 64 kHz, co przyczynia się do skrócenia czasu cyklu dzięki szybkim, precyzyjnym pomiarom i inspekcjom w linii. Obie serie wykorzystują niebieski laser, który zapewnia stabilny pomiar i inspekcję bez wpływu materiału, koloru czy warunków temperaturowych celu.

Jedna głowica może mierzyć szerokość do 720 mm (Seria LJ-X8000). Nasze profilometry laserowe mogą automatycznie kontrolować pełną szerokość i całkowitą długość arkuszy, folii i innych szerokich obiektów za pomocą tylko jednej głowicy czujnika lub kilku czujników połączonych razem. Ich prostota sprawia, że łatwo je zintegrować z istniejącymi systemami, ale są bardzo potężnymi narzędziami inspekcyjnymi i mogą wykryć najmniejsze nierówności na powierzchni od jednego końca do drugiego bez zatrzymywania ruchu maszyny roll-to-roll dzięki wysokiej prędkości próbkowania. Dodatkowo, w przeciwieństwie do konwencjonalnych kamer, profilometry laserowe nie wymagają ponownego ustawiania głowicy nawet dla arkuszy o różnej grubości lub kolorze, co pozwala na łatwy i szybki pomiar różnych produktów.

Zdecydowanie tak. KEYENCE oferuje nie tylko pakiet do przetwarzania i inspekcji obrazów 3D, ale także dedykowany model wyjścia profilu (LJ-X8000A), który specjalizuje się i jest przeznaczony wyłącznie do wyjścia danych profilu. Ponieważ surowe dane profilu mierzone przez profilometr laserowy mogą być bezpośrednio importowane do komputera, dane te można wykorzystać do inspekcji 3D z użyciem istniejącego systemu i istniejących bibliotek wizyjnych bez dodatkowych kosztów. Ten model jest dostarczany (bezpłatnie) z wersją oprogramowania do próbkowania kompatybilną z HALCON, która obsługuje różne biblioteki wizyjne.

Skanery profilu 2D, często nazywane czujnikami linii laserowej lub skanerami linii laserowej, są głównie używane do skanowania i pomiaru kształtów oraz geometrii obiektów i ich powierzchni. Skanery te emitują linię lasera na powierzchnię celu, która jest odbijana od powierzchni i rejestrowana przez wbudowaną kamerę/czujnik w celu wygenerowania profilu. Najczęściej są używane do pomiaru szerokości, wysokości, szczelin lub kąta, wykrywania wad, wgnieceń lub występów na powierzchni obiektu, monitorowania jednolitości materiału, oceny zużycia części mechanicznych oraz kontroli spoin w procesach produkcyjnych.

Profilometry 3D rozszerzają możliwości skanerów laserowych 2D, tworząc trójwymiarowe odwzorowanie powierzchni i obiektów. Zazwyczaj odbywa się to poprzez skanowanie obiektu w kontrolowany sposób lub przez łączenie wielu profili 2D w jeden trójwymiarowy. Dzięki zdolności do "widzenia" lub skanowania trzeciego wymiaru, profilometry laserowe 3D znalazły zastosowanie w inspekcji powierzchni, pomiarach objętościowych, monitorowaniu deformacji i wygięć materiału, a także w inżynierii odwrotnej, replikacji części, mapowaniu 3D i topografii dużych obszarów oraz w kontroli jakości i weryfikacji w procesach produkcyjnych. Dodatkowo, łatwo integrują się z innymi systemami automatyzacji, co okazało się przydatne do prowadzenia robotów i obsługi materiałów.

Można wygenerować profil 3D za pomocą lasera 2D, przesuwając skaner lub obiekt skanowany wzdłuż trzeciej osi, która zazwyczaj jest prostopadła do kierunku skanowania 2D. Przy wielu skanach 2D obiektu, odpowiednie oprogramowanie łączy te profile 2D w pełne trójwymiarowe odwzorowanie rzeczywistej powierzchni obiektu. Proces ten często realizuje się poprzez integrację enkoderów i innych mechanizmów śledzenia pozycji, aby zapewnić precyzyjne odwzorowanie powierzchni obiektu.

Jeśli chodzi o porównanie profilometrów laserowych 3D i systemów wizyjnych, najlepsza technologia pomiarowa zależy od potrzeb i wymagań. Jak sama nazwa wskazuje, skanery 3D doskonale sprawdzają się w dostarczaniu informacji o głębokości/wysokości z dużą rozdzielczością, dzięki czemu nadają się do zastosowań wymagających szczegółowych skanów powierzchni 3D. Są też szybsze w akwizycji danych w porównaniu do systemów wizyjnych, lepiej radzą sobie ze skanami powierzchni o skomplikowanych detalach oraz obsługują szerszy zakres materiałów i warunków powierzchni. Jednak skanery laserowe 3D wymagają ruchu, podczas gdy systemy wizyjne zazwyczaj pracują na nieruchomych częściach. Systemy wizyjne natomiast zapewniają wyjątkowo wysoką rozdzielczość skanów 2D i są świetne do zastosowań, w których liczy się rozpoznawanie kolorów i dopasowywanie wzorów. Jednak są one znacznie wolniejsze w porównaniu do laserów 3D.