Az optikai méretellenőrzés innovatív eszközei

Napjaink nagy, közepes vagy akár kis sorozatú alkatrészgyártásánál kiemelt fontosságú a vizuális ellenőrzés, mely érintésmentesen képes a termékek tulajdonságait (méretét, színét, felületminőségét és egyéb jellemzőit) ellenőrizni. Cikkünkben a telecentrikus optikák innovatív minőség-ellenőrzési alkalmazásaiból mutatunk be néhányat.

Mérés telecentrikus vagy bi-telecentrikus optikákkal

Az optikai mérések területén az egyik legpontosabb mérési technika a telecentrikus optikával való mérés. A hagyományos optikáknál az optika leképzése miatt elkerülhetetlenek a perspektivikus – más néven parallaxis – hibák. Ez azt jelenti, hogy a közelebb lévő tárgyakat nagyobbnak látjuk, mint a távolabbiakat. Ez a jelenség szintén megjelenik a méretellenőrzés képalkotó rendszereiben, azaz egy tárgy nagyítása függ az optikától mért távolságától. Ez a hiba elvileg korrigálható, ha pontosan ismerjük az optika és a tárgy egymáshoz viszonyított helyzetét, a gyakorlatban azonban nagyon nehéz a termék és az optika megfelelően pontos távolságát garantálni egy termelési eljárás során.
A telecentrikus objektívek eleve metrológiai, azaz mérési célokat szolgálnak. A telecentrikus optika a tárgyról visszaérkező fényből csak a párhuzamos sugarakat engedi be, és ezzel szünteti meg a perspektivikus hibát. A nagyítási faktor ezáltal – a telecentrikus optika munkatávolságán belül – nem függ a mérendő tárgy távolságától. A még pontosabb mérés eléréséhez a megvilágításhoz is párhuzamosított sugarakat, azaz telecentrikus megvilágítást használnak (1. ábra).

1. ábra A telecentrikus optika mérési elve

Bi-telecentrikus optikák

A hagyományos telecentrikus optikák azokat – a tárgyról jövő – sugarakat engedik be, amelyek párhuzamosak az optikai tengellyel. Ez a tárgysíkon, a tárgysík oldali lencséken valósul meg. Ugyanakkor az optikai rendszer másik végén a kép, azaz a szenzor síkon a sugarak a szenzort különböző szögből érik. Ez szűkíti a hagyományos telecentrikus optikák használhatóságát. Ezért fejlesztették ki a bi-telecentrikus optikákat, melyek a pontosság és a nagyobb munkatávolság (WR) tekintetében jelentős előrelépést tettek lehetővé. A bi-telecentrikus optikánál nemcsak a tárgysíkon, hanem a képsíkon is párhuzamosított sugarak vannak. Azonban a bi-telecentrikus optikák sem a legújabb innovációk eredményei, hiszen ezeket is már több mint egy évtizede gyártják. Az elmúlt évek fejlődése során ezeknek a lencserendszereknek kifinomultabb változatai kerültek forgalomba. Talán a legnagyobb újdonság a szabadalommal védett, helytakarékos telecentrikus optika az Opto-Engineeringtől (2., 3. ábra), amely lencsék és tükörfelületek kombinálásával éri el, hogy 70%-kal kisebb helyen férjen el, mint hagyományos társaik.

2. ábra Telecentrikus optika

3. ábra Telecentrikus optika és fényforrás egy mérőpadon

Telecentrikus optikát felhasználó mérőgépek széles választékával találkozhatunk többek között az egyik legnagyobb szakmai világkiállításon, a stuttgarti Control-szakvásáron 2017. május 9-12 között.
A teljesség igénye nélkül ragadunk ki néhányat a piacon elérhető néhány – telecentrikus optikákat felhasználó – félig vagy teljesen automatizált mérőgéptípus közül.

• A Click N’ Test (4. ábra) felső dome és alsó megvilágítással is rendelkezik, automatikusan felismeri a mérendő terméket, és ugyancsak automatikusan végrehajtja a hozzá társított mérést. A vevői igényeknek megfelelően, széles választékban választható hozzá telecentrikus optika. A mérés teljesen automatikusan történik az egyszerűen betanítható program alapján.

4. ábra  Click N’ Test automata mérőgép

• Hasonló mérőeszköz az IM-mérőgép, mely főleg kisméretű tárgyak több méretének egyidejű ellenőrzésére alkalmas. A műszer kis helyigényű, a mérendő objektumokat kézzel kell adagolni, és gombnyomásra indul a mérés. Itt a felső megvilágítás axiális jellegű.

• A vonalkamerához illeszkedő telecentrikus optika (5. ábra) nemcsak helytakarékos megoldás, hanem jóval nagyobb látóteret is biztosít, főleg hosszúkás alkatrászek méréséhez. Tipikusan ilyen alkatrészek a tengelyek. A HOMMEL-ETAMIC-termékcsalád (6. ábra) éppen egy ilyen automatikus mérőgép tengelyprofilok vizsgálatához.

5. ábra Vonalkamerához illeszthető telecentrikus optika

6. ábra Vonalkamerás, telecentrikus optikát alkalmazó mérőgép

• Teljesen automatikus méréseket tesz lehetővé a felsőkategóriás SmartScope család. Ezeknél a gépeknél már több technológiát kombinálnak a nagyobb megbízhatóság és sokoldalú mérések kivitelezésére. Ezek a nagyon pontos gépek már gyakorlatilag 3D-s koordináta mérőgépek.

• Költséghatékony mérési megoldás az XY-asztallal rendelkező SANXO-Scope HD, illetve a nagyobb felbontású SANXO-Scope 4K videomikroszkóp-rendszer. Ezek a rendszerek modulárisak, az igényeknek megfelelő telecentrikus optikával szerelhetők, amelyek nagy mélységélességet nyújtanak. A manuális mérőrendszer rendkívül könnyen kezelhető (7. ábra).

7. ábra SANXO-Scope HD és 4K

A folyadékoptika és a telecentrikus optika kombinációja

A folyadékkal töltött polimerek optikai alkalmazása ugyan csúcstechnológiának számít, mégis az utóbbi években a folyadékoptikák a hétköznapok megoldásai közt is megjelentek. Igazi újdonságnak számít a telecentrikus optikák kombinációja a folyadékoptikákkal. Ez a kombináció azzal az előnnyel jár, hogy megsokszorozza a telecentrikus optika mélységélességét. A folyadékoptikák nagyon gyorsan beállíthatók: 10…15 ms alatt lehet velük új fókuszértéket beállítani. Az Optotune EL-16-40 optikánál -2 dioptriától +3 dioptriáig lehet az értékeket a számítógépen keresztül beállítani. A megoldás hátránya, hogy kismértékben – az egyébként állandó – nagyítási faktor változik. Ez a probléma viszont könnyen kezelhető kalibrálással, mert a folyadékoptika karakterisztikája lineáris, és nagyon jó a visszaállási pontossága.
Főleg nagy nagyítási faktorral rendelkező telecentrikus optikák jellemzően kis mélységélességénél érhetünk el nagy eredményeket. Két példán keresztül követhetjük nyomon a kiterjesztett mélységélességet.

8. ábra MML1-ST150D és EL-16-40 optikák

• Moritex MML1-ST150D optika (8. ábra)

  • Nagyítási faktor: 1×,

  • Eredeti mélységélesség: 1,05 mm,

• Kiterjesztett mélységélesség: 15 mm.

• Sill optika (9. ábra)

  • Nagyítási faktor: 2×,

  • Eredeti mélységélesség: 0,3 mm,

  • Kiterjesztett mélységélesség: 12 mm.

9. ábra Sill és EL-16-40 optikák

A folyadékoptikák és a telecentrikus optikák kombinációja annyira új technológia, hogy a piacon még jelenleg nincs olyan kulcsrakész mérőeszköz, amely ezt a technológiát alkalmazná. Azonban egyedi mérőgépek gyártásánál már megjelent, és hamarosan több gépgyártó is ki fogja használni az előnyeit.

Azt gondolhatnánk, hogy a tradicionális fénytanhoz köthető optikákról mindent tudunk, és ezen a területen nem várhatóak nagy újdonságok. Mégis egyre több újdonság jelenik meg ebben az iparágban. Különböző anyagok új kombinációi, és az új technológiák rendkívül sok újdonságot rejtenek. A nemrég megjelent meglepő hírek között tallózva olvashattunk például a Caltech és a Samsung által kifejlesztett, teljesen sík optikai lencsékről vagy az iPhone-telefonokba bekerülő, hajlított CMOS-szenzorról, amely a optika torzításait korrigálja. Ezek az újdonságok hamarosan a méréstechnikába is átszivárognak. Érdemes tehát nyitott szemmel járni.

Tóth Sándor – SANXO

SANXO-Systems Finn-Magyar
Méréstechnikai és Automatizálási Kft.
1221 Budapest, Arany J. u. 87/B
Mobil: +36 30 327 1100
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.sanxo.eu

Még több SANXO