Optische Messtechnik / Messtaster
Messen von Winkeln
Wichtige Punkte im Überblick
- Die Winkelmessung erfolgt berührungslos mittels Laser-Scannern, 2D-Triangulationsverfahren oder anderen optischen Messsystemen.
- Reflektierende Sensoren erfassen Winkel durch die Analyse der Veränderung der Laser-Querschnittsgeometrie sowie durch Kantenmessung.
- Durchlichtsensoren gewährleisten eine zuverlässige Detektion unabhängig von Farb- und Reflexionseigenschaften der Oberfläche und eignen sich für hochpräzise 2D-Kantenmessungen.
- Die Systemauswahl erfolgt stets in Abhängigkeit von Messaufgabe, Umgebungsbedingungen und Bauteileigenschaften. Automatisierte Messprozesse tragen dabei wesentlich zur Reduzierung von Messfehlern bei.
Bei der Auswahl der optimalen Methode zur Winkelmessung müssen verschiedene technische Faktoren berücksichtigt werden. Dazu zählen insbesondere das eingesetzte Messsystem, die geforderte Messgenauigkeit sowie die jeweiligen Einbau- und Umgebungsbedingungen der Anwendung.
Ein Messsystem, das nicht exakt auf die Anforderungen abgestimmt ist, kann zu unzureichender Präzision, erhöhtem Abstimmungsaufwand und zusätzlichen Arbeitsstunden im Produktionsprozess führen.
Dieser Artikel unterstützt Anwender dabei, geeignete Verfahren und das passende Messsystem für die zuverlässige Durchführung von Winkelmessungen auszuwählen. Ziel ist es, eine fundierte Entscheidungsbasis zu schaffen und präzise Messungen unter realen Einsatzbedingungen sicherzustellen.
Anwendungsbeispiele für die Winkelmessung
Winkelmessung mit einem Laser-Profilsensor
Laser-Profilsensoren werden primär zur präzisen Positionsbestimmung von Bauteilen auf Grundlage des von der Oberfläche reflektierten Lichts eingesetzt. Eine direkte Winkelmessung erfolgt dabei nicht; vielmehr werden Winkelgrößen in entsprechenden Anwendungen indirekt aus den erfassten Positionsänderungen des Messobjekts abgeleitet.
Hierzu wird die Querschnittsform der Bereiche erfasst, an denen der Laser auf das Objekt trifft. Der Winkel wird anschließend anhand der Veränderung dieser Profilgeometrie bestimmt.
- Winkelmessung mit nur einem Sensorkopf.
- Interne Berechnung des Winkels ohne zusätzliche Auswertungssysteme.
Winkelmessung an Fasen während des Schweißens
2D/3D Laser-Profilsensor Modellreihe LJ-X8000
Konfokaler Wegmesssensor Modellreihe CL-3000
Winkelmessung mit einem Durchlichtsensor
Durchlichtsensoren, auch als Lichtbandmikrometer bezeichnet, gehören zur Gruppe der photoelektrischen Sensoren und arbeiten nach dem optischen Durchlichtprinzip. Dabei projiziert eine Lichtquelle (Sender) einen definierten Lichtstrahl auf ein gegenüberliegendes Empfangselement (Empfänger). Befindet sich ein Objekt im Messbereich zwischen Sender und Empfänger, unterbricht es den Lichtstrahl und erzeugt auf dem Empfänger ein Schattenbild. Auf Grundlage dieses projizierten Objektprofils lassen sich die geometrischen Abmessungen des Bauteils präzise berechnen.
Diese Sensorart zeichnet sich durch eine hohe Messgenauigkeit aus, da das Messergebnis weitgehend unabhängig von Farbe, Oberflächenstruktur und Reflexionseigenschaften des Messobjekts ist. Dadurch eignet sich diese Sensoren besonders für präzise Winkelmessungen in unterschiedlichen industriellen Anwendungen.
Die Winkelbestimmung erfolgt auf Basis des erfassten Bildes über definierte Messpunkte. Neben der Winkelmessung können gleichzeitig weitere geometrische Merkmale, beispielsweise Außendurchmesser, an mehreren Positionen parallel bestimmt werden. Das Anwendungsspektrum reicht von der einfachen Dimensionsmessung über die Bestimmung von Form- und Lagetoleranzen bis hin zu Konturvergleichen sowie zur Defekt- oder Fremdkörpererkennung.
Winkelmessung von Bohrerspitzen
Inline Profilprojektor Modellreihe TM-X5000
Was ist Winkelmessung?
Die Winkelmessung bezeichnet das Verfahren zur Bestimmung der Lage oder Orientierung eines Objekts relativ zu einem definierten Referenzwinkel. In vielen Anwendungen erfolgt diese Bestimmung traditionell über mechanische bzw. manuelle Messverfahren.
In bestimmten Einsatzfällen können physische Messmethoden jedoch zu ungenauen Ergebnissen führen. Ursachen hierfür sind beispielsweise Bedienereinfluss, die begrenzte Auflösung des eingesetzten Messwerkzeugs oder die empfindliche Beschaffenheit des Messobjekts, bei der eine direkte Berührung zu Beschädigungen führen kann.
In solchen Anwendungen kommen berührungslose Messverfahren zum Einsatz, insbesondere optische Messsysteme oder laserbasierte Scanner. Obwohl diese Technologien auf unterschiedlichen Messprinzipien basieren, ermöglichen sie hochpräzise Messungen. Abhängig vom System und der Anwendung können dabei Messgenauigkeiten im Mikrometerbereich erreicht werden.
Voraussetzungen für die Winkelmessung
Die zuvor beschriebenen Messverfahren und zugehörigen Sensortechnologien können zur Bestimmung von Winkeln sowie zur Lagebestimmung relativ zu einem Referenzwinkel eingesetzt werden. Dabei kommen unterschiedliche Messprinzipien zum Einsatz.
Laser-Profilsensoren auf Basis des Triangulationsprinzips erfasst die Position eines Messpunkts in zwei Dimensionen. Aus den aufgezeichneten Positionsdaten lässt sich anschließend der entsprechende Winkel berechnen.
Konfokale Wegmesssensoren nutzen die chromatische Aberration, um den Abstand zwischen Sensor und Objektoberfläche hochpräzise zu bestimmen. Auf Grundlage dieser Distanzinformationen kann der Winkel indirekt berechnet werden.
Durchlichtsensoren beziehungsweise Lichtbandmikrometer können ebenfalls zur Winkelbestimmung eingesetzt werden. Dabei wird der Winkel anhand des projizierten Schattenbildes des Messobjekts ermittelt.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Laser-Profilsensoren und konfokale Wegmesssensoren, Winkel über die präzise Positions- bzw. Distanzbestimmung eines Punktes auf der Bauteiloberfläche bestimmen, während Durchlichtsensoren den Winkel auf Basis des erzeugten 2D-Bildes ableiten.
Zusammenfassung zur Winkelmessung
In der Präzisionsfertigung komplexer Bauteilgeometrien sind leistungsfähige Messsysteme und spezialisierte Verfahren erforderlich, wie die zuvor beschriebenen Sensoren und deren Messprinzipien.
Um Winkel zuverlässig zu erfassen und präzise auszugeben, kommt der Einsatz automatisierter Messlösungen zum Tragen. Moderne Messsysteme erfassen Winkelwerte automatisch, berechnen sie in Echtzeit und liefern reproduzierbare sowie hochpräzise Ergebnisse.
Dadurch wird die Messzeit im Vergleich zu manuellen Verfahren erheblich reduziert, und der Einfluss des Anwenders auf das Messergebnis weitgehend eliminiert. Eine effiziente und zuverlässige Winkelmessung wird somit durch den Einsatz kalibrierter, automatisierter Messsysteme wesentlich erleichtert.
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