Optische Messtechnik Hersteller

Optische Messtechnik nutzt Lichtwellen, um geometrische und physikalische Kenngrößen ohne direkten Kontakt zu bestimmen. Sie verbindet präzise Inspektion, schnelle Datenerfassung und robuste Auswertung in industrieller Anlagentechnik, Forschung und Engineering. Licht lässt sich als Welle und als Teilchen beschreiben. In Kameras zählt die Quantum-Effizienz der Sensorik. Normative Hinweise liefert die Internationale Beleuchtungskommission (CIE). Die VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik stellt Richtlinien für Messmittel und Messmaschine bereit.

Grundlagen und Funktionsprinzipien der berührungslosen Messtechnik

Definition und zentrale Messverfahren

Die Disziplin erfasst Distanzen, Durchmesser und Profile mit Lichtsignal und Kamera. Zentrale Messverfahren sind Triangulation mit definierter Basislinie, Interferometrie, Photogrammetrie und Time-of-Flight. Sie nutzen Reflexion, Transmission, Lichtstreuung, Brechungsindex und Absorptionsgrad, um die Objektoberfläche zu rekonstruieren und Entfernungen präzise zu bestimmen.

Triangulationssysteme kombinieren Laserlinie, Kamerawinkel und optischen Positionssensor. Die Basislinie definiert die Geometrie. Interferometer werten Phasenverschiebungen aus. Photogrammetrie nutzt mehrperspektivische Bilder. Time-of-Flight misst die Flugzeit des Lichts. Zeilenkamera und Matrixkamera erzeugen flächenhafte Punktwolken. Die hohe Datenmenge entsteht durch dichte Messpunkte, die per Lichtleiter auch fern der Messstelle erfasst werden.

Die berührungslose Arbeitsweise minimiert mechanische Wechselwirkung. Sie ermöglicht Messungen an empfindlichen Materialien und bewegten Objekten, einschließlich Bewegungsverfolgung und Vibrationsanalyse. Für die Definition photometrischer Größen und Beleuchtung gilt die Terminologie der CIE. Sie unterstützt die Auslegung der Beleuchtung sowie die Zuordnung von Grauwerten zu metrischen Größen.

Optische Messtechnik in der Qualitätssicherung und Inspektion

In der Industrie ermöglicht optische Vermessung die Qualitätssicherung flächenhaft und punktgenau. Typische Aufgaben sind die Überprüfung von Toleranzen, die Auswertung von Rundlauf, die Positionierung auf Referenzkanten sowie die Überwachung schneller Motion. Die Inspektion sensibler Bauteile gelingt ohne Berührung und reduziert den Zeitaufwand, weil keine Spannvorrichtungen an der Messstelle gewechselt werden.

Technische Spezifikationen und Leistungsmerkmale

Präzision und Systemgenauigkeit im Mikrometerbereich

Die Systemgenauigkeit optischer Messgeräte wird gemäß ISO 10360-5:2009 spezifiziert. Hochauflösende Scanner erreichen Längenmessunsicherheiten von ±1 µm bis ±50 µm, Laserinterferometer unterschreiten 0,1 µm. Diese Kenngröße hängt von Messbereich, Oberfläche und optischem Messsensor ab. Für Referenzaufgaben sind klimatisierte Messräume, stabile Messmaschine und definierte Transmission sowie Reflexion erforderlich.

Geschwindigkeit und Effizienz der Datenerfassung

Hochgeschwindigkeits-Profilsensoren liefern 10.000 bis 100.000 Profile pro Sekunde, also Millionen Punkte. Diese Geschwindigkeit verkürzt den Zeitaufwand in der Fertigungslinie und verbessert die Gesamtanlageneffektivität (OEE, Overall Equipment Effectiveness). Kameras mit hoher Quantum-Effizienz und geringem Rauschen erhöhen die Leistungsfähigkeit bei schwachem Lichtsignal. Algorithmen stabilisieren Messungen gegen Vibration und Motion.

Integration und Funktionalität der Messsoftware

Die Messsoftware bündelt Auswertung und CAD-Anbindung. Typische Schnittstellen binden CAQ (Computer Aided Quality), CAD (Computer Aided Design), ERP (Enterprise Resource Planning) und MES (Manufacturing Execution System) ein. Algorithmus-Bibliotheken für Merkmalsextraktion, Verrechnung von Punktwolken und KI-gestützte Intelligenz unterstützen Digitalisierung und Integration bis in die Anlagentechnik.

Auswahlkriterien für optische Messsysteme

Anwendungsfall und Umgebungsbedingungen

Zu klären sind Messzweck, Material und Geometrie: Durchmessermessung an Metall, Breitenmessung, Wölbung, Höhenunterschiede oder flächenhafte Vermessung. In rauer Umgebung wirken Temperatur, Staub, Tröpfchen und Ölnebel auf das Messmittel. Ein robustes Industriegehäuse schützt Optik und Elektronik. Bei großen Distanzen helfen Lichtleiter und stabile Positionierung.

• Messzweck: Abstandsmessung, Wegmessung, Distanz, Profil, Messstelle definieren.
• Umgebung: Temperaturmessung, Staubmessung, Tröpfchen, Überwachung dynamischer Prozesse.
• Genauigkeit: Systemgenauigkeit, Wiederholbarkeit und Verrechnung von Geschwindigkeit und Auflösung.
• IT-Anbindung: Integration in CAQ/ERP/MES, Wartbarkeit, Messgerät-Support.

Genauigkeitsanforderungen und Messgeschwindigkeit

Anforderungen richten sich nach Toleranzen im Mikrometer-Bereich. Inline gilt die Priorität auf schnelle Profile, im Labor auf höchste Präzision. Profilsensor und optischer Positionssensor müssen zur Kenngröße passen. Die Miniaturisierung der Sensoren ermöglicht kurze Basislinien bei kompakten Geräten. Eine saubere Überprüfung der Kalibrierung stellt belastbare Messwerte sicher.

Software-Integration und Wartbarkeit

Nachgelagerte Prozesse nutzen CAD-Vergleiche, Feature-Extraktion und Reporting. Software sollte offene Formate unterstützen und Messdaten für Engineering und Forschungsarbeit bereitstellen. Updates sichern Kompatibilität. Ersatzteile und Service stabilisieren die Langzeitnutzung der Messmaschine. Fachgesellschaften und Herstellerdokumente bieten Referenzen für Prüfpläne und Messverfahren.

Branchenspezifische Anwendungen und Digitalisierung

Optische Messlösungen in der Automobil- und Kunststoffindustrie

In der Automobilindustrie werden Zahnräder auf Rundlauf, Profilform und Geräuschquellen untersucht. Die optische Inspektion verbindet Taktzeit und Vibrationsmessung. An Karosserien sichern Spaltmaße die Positionierung von Türen. In der Kunststoffindustrie dokumentieren Systeme Maßhaltigkeit von Spritzgussteilen, etwa Breitenmessung an Clips, sowie die Vermessung von Wölbungen durch flächenhafte Projektion.

Ein Inline-Scanner prüft den Zahnkopf-Distanzverlauf eines Zahnrads. Ein Algorithmus bewertet Abweichungen gegen CAD und meldet an die Fertigungslinie zurück. Die Datenmenge wird komprimiert, anschließend erfolgt die Datenauswertung im CAQ. In beiden Industriezweigen treibt die Digitalisierung die Rückverfolgbarkeit bis zur Seriennummer.

Weitere Einsatzbereiche und zukünftige Entwicklungen

• Maschinenbau: Vermessung komplexer Bauteile, Rundlauf, Wegmessung an Führungen, Überwachung von Bewegungen.
• Luft- und Raumfahrt: Turbinenschaufel einer Gasturbine, Transmission-Beschichtungen und Oberflächenrauheit.
• Medizintechnik: Implantat-Topographie, Positionierung chirurgischer Instrumente.

In der Forschung werden Strömungen, Tröpfchen und Aerosole analysiert. Staubmessung nutzt Lichtstreuung. In der Verbrennung liefern optische Sonden im Verbrennungsmotor Informationen zur Temperatur, zum Kraftstoff-Spray und zum lokalen Brechungsindex. Daraus folgt der Absorptionsgrad der Flamme. Solche Forschungsarbeit verbindet Messtechnik, Integration in Prüfstände und Engineering.

Trendthemen sind KI-gestützte Intelligenz in der Auswertefunktion, Miniaturisierung von Sensoren sowie robuste Optiken für Industriezweig-übergreifende Anwendungen. Hersteller berücksichtigen OEE, Sicherheit und Leistungsfähigkeit. Die Messpunkte werden direkt im Sensor vorverarbeitet, um die Datenmenge ohne zusätzliche Latenz zu reduzieren.