Optische Messsensoren

Optische Messsensoren erfassen große Flächen schnell und genau. Hier ein Laser-Triangulationssensor für die Erfassung großer Werkstücke in der Automobilindustrie von Hexagon. - Bild: Hexagon

Noch vor fünfzehn Jahren war die Vermessung einer kompletten Fahrzeugkarosserie eine extrem zeitaufwendige Angelegenheit. Tausende von Punkten mussten taktil mit dem Koordinatenmessgerät erfasst werden. Heute ist dies eine Angelegenheit von wenigen Minuten. Möglich gemacht hat diesen Fortschritt die optische Messtechnik, die blitzschnelle Vermessungen berührungslos erlaubt.

Klassische taktile Koordinatenmessgeräte wirken im Vergleich dazu eher wie die Dinosaurier der Messtechnik. Dennoch: „Die optische Messtechnik wird die taktile auch in Zukunft nicht ersetzen können“, berichtet Norbert Steffens, Forschungs- und Entwicklungsleiter bei der Hexagon GmbH in Wetzlar.

Vielmehr habe jedes der beiden Verfahren mit Blick auf die Oberfläche des Bauteils und die geforderte Messgenauigkeit seine Berechtigung. Grundsätzlich zeichne sich die taktile Vermessung auf stationären KMG durch eine höhere Genauigkeit und eine bessere Eignung unmittelbar im Fertigungsumfeld aus. „Die Störeinflüsse beispielsweise durch verschmutzte Bauteile sind bei der taktilen Messung geringer“, so Steffens. Optische Messverfahren seien dabei empfindlicher, weil deren Optik bei Verschmutzungen einwandfreie Messergebnisse erschwere.

Optische Messsysteme ermöglichen höhere Messgeschwindigkeit

Norbert Steffens, Hexagon GmbH
»Die optische Messtechnik wird die taktile auch in Zukunft nicht vollständig ersetzen können«, sagt Norbert Steffens, Leiter Forschung und Entwicklung bei der Hexagon GmbH. - Bild: Hexagon

Dennoch gehe der Trend hin zu optischen Messsystemen: „Die Erfassung der funktionellen Maße reicht heute in vielen Fällen nicht mehr aus. Vielmehr muss die gesamte Oberfläche erfasst werden. Insbesondere bei größeren und flächigen Bauteilen sind dafür die optischen Verfahren prädestiniert, da sie eine dramatisch höhere Messgeschwindigkeit ermöglichen“, erklärt Steffens.

Dabei werde dann auch häufig direkt gegen ein CAD-Modell gemessen und die Abweichungen können in nahezu Echtzeit flächig angezeigt werden. Dies lasse dann schnelle Rückschlüsse auf den Fertigungsprozess zu und ermögliche kurze Reaktionszeiten. Hinsichtlich der Messunsicherheit können die optischen Messsysteme laut Steffens durchaus mit den taktilen konkurrieren, jedoch in Abhängigkeit von der Einsatzumgebung, Messprinzip und Oberflächeneigenschaften des Werkstückes.

Grenzen optischer Messverfahren

„Generell begrenzt die Wellenlänge des verwendeten Lichtes die Genauigkeit optischer Systeme. Hier sind dann auch die Grenzen im Vergleich zu der taktilen Messtechnik zu sehen“, so Steffens. Er stellt allerdings auch klar, dass ein direkter Vergleich von optischen und taktilen Messmethoden mitunter schwierig sei: „Gerade bei rauen Oberflächen lassen sich die Messergebnisse nur eingeschränkt vergleichen. Prinzipbedingt interagiert die Oberfläche unterschiedlich mit optischen und taktilen Sensoren.“

Taktile Messverfahren, taktiles Tastersystem, Leitz
Wenn es um höchste Genauigkeiten geht, sind taktile Koordinatenmessgeräte im Vorteil. Hier ein taktiles Tastersystem von Leitz. - Bild: Hexagon

Einen kleinen Nachteil haben die optischen Verfahren, weil sie sich auf manchen Oberflächen nicht anwenden lassen. So benötigen auf der Triangulation basierende Verfahren eine diffuse Oberfläche und funktionieren bei spiegelnden Oberflächen nur mit spezieller Beschichtung. Als Alternative bieten sich dann andere Verfahren an, die eine direkte Reflektion des Messstrahls benötigen, wie zum Beispiel die Interferometrie oder Deflektrometrie.

Messtechnik rückt näher an Fertigung

Hinsichtlich des Marktpotenzials für klassische, rein taktile KMG berichtet Steffens, dass der Markt der wirtschaftlichen Entwicklung folgt: „Weiteres Wachstum wird es nur bei einem allgemeinen Wachstum des Marktes geben.“ Er beobachtet zudem, dass die Messtechnik immer näher an die Fertigung rücke und immer häufiger zur direkten Steuerung des Produktionsprozesses genutzt werde.

Bei den klassischen Koordinatenmessgeräten wachsen zudem taktile und optische Messtechnik weiter zusammen. Es kommen dabei sowohl taktile als auch optische Messsensoren zum Einsatz. „Die automatisierte Kombination mehrerer Sensoren in einem Gerät hilft, Rüstzeiten zu minimieren und erhöht den Durchsatz und damit die Effizienz des Messgerätes“, so Steffens.