Sensoren vermessen Display-Gläser

| Autor / Redakteur: Alexander Streicher * / Hendrik Härter

Display-Flachglas: Hier kommt es auf präzise Messwerte an. Zum Einsatz kommen konfokal-chromatische Sensoren, die berührungslos arbeiten.
Display-Flachglas: Hier kommt es auf präzise Messwerte an. Zum Einsatz kommen konfokal-chromatische Sensoren, die berührungslos arbeiten. (Bild: Micro-Epsilon)

Spezielle konfokal-chromatische Sensoren überwachen bei der Glasherstellung in Echtzeit Parameter wie Dicke, Spalt oder Planarität. Einsatz finden die Sensoren auch in der Display-Fertigung.

Glas ist ein vielseitiger Werkstoff, der neben Forschung und Wissenschaft auch in der Ernährungs- und Getränkeindustrie sowie der Medizintechnik zum Einsatz kommt. Die Elektronik-, Möbel- und Bauindustrie setzen ebenso auf Glas. Im Laufe der Zeit hat sich der Herstellungsprozess gewandelt. Aus Handarbeit und Einzelteilfertigung wurde eine inzwischen hochspezialisierte, automatisierte Serienfertigung. Es müssen enge Toleranzen exakt eingehalten werden. Äußerst schnelle Prozesse, Präzision und die teils sehr dünnen und transparenten Materialien stellen hohe Anforderungen an die in der Glasindustrie eingesetzten Sensoren.

Das sind beispielsweise die Sensoren confocalDT: Sie basieren auf dem konfokal-chromatischen Messprinzip, das berührungslos arbeitet und nicht auf das empfindliche Glas einwirkt. Zusammen mit dem confocalDT IFC2471 HS hat Micro-Epsilon ein schnelles konfokales Messsystem entwickelt, bei dem sich Messraten von bis zu 70 kHz einstellen lassen.

Display- und Flachglas vermessen

Bei der Produktion und Verarbeitung von Displayglas müssen die Glasscheiben eben sein und einheitliche Dicken aufweisen. In der Serienfertigung sind Messsysteme mit hoher Messrate notwendig. Der Fertigungsprozess wird anhand der ermittelten Werte geregelt. Bei der einseitigen Dickenmessung wird der Sensor aus der Reihe confocalDT IFS2405 mit dem Controller confocalDT IFC2461 kombiniert. Mit Messraten von bis zu 25 kHz vermisst das System Display- und Flachglas. Es arbeitet mit einer hohen Lichtintensität. Damit lassen sich matt-schwarze Oberflächen präzise vermessen.

Verfährt der Sensor an einer traversierenden Einheit über die Glasscheiben, so ist gleichzeitig die Prüfung der Planarität möglich. Um einen höheren Splitterschutz zu bieten, werden Glasscheiben mit einer Sicherheitsfolie verstärkt. Konfokal-chromatische Sensoren bestimmen in einem Messvorgang drei verschiedene Werte: die Glasdicke, die Foliendicke und die Dicke des Klebeauftrags. Sie vermessen Schichten bereits ab 5 μm. Darüber hinaus können selbst feinste, transparente Kleberaupen geprüft werden. Selbst das vermessen der Kleberaupe ist möglich. Die Werte lassen einen Rückschluss darüber zu, ob zu wenig Kleber aufgetragen wurde. Ist dies der Fall, kann in Echtzeit in die Steuerung eingegriffen und gegebenenfalls nachgeregelt werden.

Das konfokal-chromatische Messprinzip

Das konfokal-chromatische Messprinzip arbeitet mit polychromatischem Licht. Eine mehrlinsige Optik teilt es in die einzelnen Spektralfarben auf und fokussiert es in unterschiedlichen Abständen zum Sensor. Kurzwelliges, blaues Licht mit 400 nm wird stärker gebrochen als langwelliges, rotes Licht mit 700 nm. Der Messbereichsanfang liegt bei blauem Licht, das Messbereichsende bei rotem Licht. Durch die kontrollierte chromatische Abweichung liegt jede Wellenlänge in einer anderen Fokusebene. Mithilfe werkseitiger Kalibrierung wird jeder Wellenlänge ein bestimmter Abstandspunkt zum Messobjekt zugeordnet.

Das Sensorsystem zieht sich schließlich die Wellenlänge zur Messung heran, die sich exakt auf dem Messobjekt fokussiert. Die Lichtreflexion wird über eine optische Anordnung auf ein lichtempfindliches Sensorelement abgebildet, auf der die zugehörige Spektralfarbe erkannt und ausgewertet wird. Bei jeder Änderung des Brechungsindex verschiedener Materialien wird ein Teil des Lichts zurück reflektiert. So lassen sich auch einseitige Dickenmessungen von transparenten Materialien durchführen. Für Multipeak-Messungen werden mehrere Abstandspunkte ausgewertet.

Dicke mehrerer Glasschichten

Dank des berührungslosen Messprinzips nehmen die konfokal-chromatischen Sensoren keinen Einfluss auf das Messobjekt. Sie liefern selbst in schnellen Produktionsprozessen Echtzeitwerte in Submikrometergenauigkeit. Die Messrate lässt sich je nach Anforderung und Controller von 6,5 kHz bis 70 kHz einstellen. Der wenige mikrometerkleine Lichtpunkt erfasst darüber hinaus zuverlässig und abstandsunabhängig sehr feine Details. Über die Multi-Peak-Messung detektieren die Sensoren die Dicke mehrerer Glasschichten, beispielsweise die Schichten von Sicherheitsglas.

Über die Multi­Peak-Messung detektieren die Sensoren die Dicke mehrerer Glasschichten.
Über die Multi­Peak-Messung detektieren die Sensoren die Dicke mehrerer Glasschichten. (Bild: Micro Epsilon)

Neben Flach- und Behälterglas überwachen die Sensoren optische Gläser. Der Anwender kann zudem auf eine Materialdatenbank zurückgreifen, die im Controller hinterlegt ist und sich erweitern und bearbeiten lässt. Materialspezifische Parameter wie Brechungsindizes werden über das bedienerfreundliche Webinterface angepasst. Die Installation zusätzlicher Software ist nicht nötig. Die verschiedenen Sensor- und Controllerausführungen der Reihe confocalDT sind untereinander beliebig kombinierbar. Reicht das bestehende Produktportfolio für eine Applikation nicht aus, bietet Micro-Epsilon spezielle Anpassungen wie individuelle Kabellängen, abgeänderte Messbereiche oder Änderungen der Bauform an.

* Dr. Alexander Streicher ist Produktmanager Sensorik bei Micro-Epsilon Messtechnik in Ortenburg.

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