Konfokale Sensorsysteme für Weg, Abstand, Position und Dicke
Konfokal-chromatische Sensorsysteme von Micro-Epsilon Optronic messen kleine Abstände und Dicken nach dem Prinzip der chromatischen Aberration. Die Sensoren können sehr feine Strukturen messen, weil sie einen sehr kleinen Messfleck auf dem Messobjekt erzeugen. Konfokal-chromatische Messsysteme können sowohl zur Abstandsmessung als auch zur Dickenmessung von transparenten Materialien eingesetzt werden. Konkret findet sie z.B. Anwendung in der Halbleiterindustrie, Glasindustrie, Medizintechnik und Kunststoffproduktion.
Messprinzip: Chromatische Aberration
Konfokal-Chromatische Messgeräte nutzen den Abbildungsfehler „chromatische Aberration“ (oder Farblängsfehler) von Glaslinsen für die optische Abstandsmessung. Ein weißer Lichtstrahl wird von einer Lichtquelle durch eine spezielle Linsenanordnung geschickt. Diese Linsenanordnung, der eigentliche Sensor, hat einen besonders starken Farblängsfehler. Sie bündelt das weiße Licht deshalb nicht in einem einzelnen weißen Brennpunkt, sondern auf einer regenbogenartig gefärbten Linie in der Linsenachse. In der Nähe der Linse liegt der blaue Brennpunkt, weiter entfernt der grüne, gelbe, rote...
Funktionsprinzip der Abstandsmessung
Wenn das Licht auf ein Objekt trifft und von dort reflektiert wird, so lässt sich die Farbe des reflektierten Lichts dem Abstand zwischen Objekt und Sensor zuordnen (farbcodierte Abstandsmessung).
Das reflektierte Licht wird auf demselben Weg wieder zurück in den Controller geleitet und dort wird seine Farbe von einem optoelektrischen Instrument - dem Spektrometer – ausgewertet. Dazu wird das Licht, ähnlich wie bei einem Prisma, spektral aufgeweitet und auf einem Zeilenempfänger abgebildet.
Im Controller ist der Zusammenhang zwischen dieser Farbe und dem Abstand vom Messobjekt zur Linse für jeden Sensor fest „angelernt“. Dieser Abstand wird als Messwert ausgegeben.
Dickenmessung bei transparenten Materialien
Ist das Messobjekt durchsichtig, so wird das Licht sowohl von der Oberfläche als auch von der darunter liegenden Fläche reflektiert. Das Spektrometer erfasst getrennt die beiden reflektierten Farben. Ist die Brechzahl des gemessenen Objektes beispielsweise Glas bekannt, kann der Abstand der beiden Flächen errechnet und ausgegeben werden.
