Profilometro Laser / Sensore di immagini laser 3D

I profilatori laser possono eseguire misurazioni di profilo senza contatto. A differenza dei dispositivi di misurazione a contatto, i profilatori laser possono misurare con precisione i profili di materiali morbidi o di oggetti che potrebbero essere danneggiati dal contatto. L’automazione della misurazione del profilo elimina anche la dipendenza dagli operatori, eliminando il rischio di errore umano o di variazioni nei metodi di misurazione, migliorando così l’affidabilità e riducendo i tempi di ispezione.

I sistemi di misurazione a contatto sono difficili da utilizzare sulle superfici di prodotti sensibili ai graffi e sui componenti elettronici montati su PCB delicati e di precisione. I profilatori laser, invece, possono eseguire misurazioni di questi oggetti delicati durante la produzione, senza fermare i pezzi per l’ispezione. Grazie al metodo di misurazione senza contatto, i profilatori laser possono misurare con precisione i profili di prodotti in gomma, alimenti e altri oggetti morbidi senza alterarne la forma a causa della pressione del contatto. I profilatori laser possono offrire una soluzione per l’ispezione automatica al 100% in una vasta gamma di settori, processi e prodotti.

Poiché i sensori di spostamento laser 1D misurano in un solo punto invece che sull’intera superficie, sono in parte limitati nel calcolo di misurazioni 2D o 3D come differenze di altezza o deformazioni. I profilatori laser offrono una soluzione per la scansione di ampie aree in un’unica passata, rendendo possibili misurazioni più complesse ad alta velocità.

Eseguire misurazioni 2D, come la differenza di altezza, con sensori di spostamento laser 1D richiede l’uso di più sensori o l’installazione di una tavola di precisione per regolare la posizione del sensore rispetto al bersaglio. Questo può essere difficile a causa di vincoli di tempo o di spazio e la precisione dipende da quanto bene il pezzo può essere posizionato. Tuttavia, i profilatori laser misurano l’altezza su una superficie utilizzando una linea laser invece di un singolo punto, rendendo possibile completare misurazioni di differenza di altezza su ampie aree senza la necessità di movimento o di più sensori. Installando i profilatori laser in una linea di produzione, i produttori possono aumentare la produttività eseguendo misurazioni di differenza di altezza, deformazione e altre misurazioni 2D/3D senza fermare il prodotto.

L’ispezione basata su telecamera può essere difficile per alcune applicazioni a causa delle condizioni di illuminazione, della mancanza di contrasto cromatico o delle differenze di altezza del bersaglio. Inoltre, il campo di applicazione è limitato alle misurazioni 2D, quindi il controllo dell’altezza deve essere eseguito separatamente. I profilatori laser possono completare l’ispezione 3D e la rilevazione dei difetti di qualsiasi materiale senza illuminazione esterna.

Le telecamere convenzionali ad area e le telecamere lineari richiedono l’installazione di dispositivi di illuminazione. In alcuni casi, può essere difficile impostare le condizioni a causa di irregolarità di colore, motivi, lucentezza e altre caratteristiche che il bersaglio può avere. Inoltre, le telecamere non possono misurare l’altezza, e anche puntando da un angolo non è possibile un’ispezione affidabile a causa dell’impossibilità di mettere a fuoco completamente un’immagine dalla parte anteriore a quella posteriore del bersaglio. I profilatori laser, invece, possono misurare le altezze senza illuminazione esterna. Con solo la testina sensore installata, un profilatore laser può essere utilizzato per ispezionare l’altezza e altri dati di profilo 3D catturando la forma dell’oggetto dall’alto. I profilatori laser possono inoltre ottenere misurazioni affidabili del profilo in linea senza essere influenzati da differenze di colore, disegni e altre caratteristiche dell’oggetto bersaglio.

I profilatori laser ad alta velocità possono seguire il sistema di erogazione (ugello del dispenser) per misurare e ispezionare in tempo reale il profilo 3D di sigillanti e adesivi appena applicati. Poiché i profilatori laser non sono influenzati dalla luce radiante, possono essere utilizzati per misurare cordoni appena saldati seguendo la torcia del robot di saldatura. Altre applicazioni includono ispezioni dell’aspetto di parti e prodotti, nonché altre misurazioni di profili 3D che erano precedentemente impossibili per le ispezioni automatiche in linea. KEYENCE ha introdotto sul mercato la nuova generazione di ispezioni automatiche al 100% che possono essere realizzate solo con i profilatori laser.

Le batterie—uno dei componenti più importanti dei veicoli elettrici—devono soddisfare elevati standard di qualità e sicurezza. Un profilatore laser può eseguire automaticamente ispezioni al 100% in un’ampia gamma di processi, inclusa la qualità dell’applicazione del rivestimento durante la produzione di batterie agli ioni di litio e la misurazione del profilo 3D di elettrodi e cordoni di saldatura per la sigillatura dei coperchi delle celle prismatiche.

Le esigenze di ispezione stanno crescendo con l’aumento della domanda di smartphone, tablet e dispositivi indossabili, insieme alla tendenza verso dimensioni più ridotte e funzionalità più elevate. KEYENCE consente ispezioni automatiche al 100% utilizzando profilatori laser nel settore dei componenti elettronici, inclusa la misurazione del profilo della deformazione dei PCB e delle paste saldanti applicate sui PCB, l’ispezione dell’inserimento di paraolio e O-ring per l’alloggiamento e il controllo della coplanarità dei pin.

I profilatori laser sono molto efficaci nei processi dei semiconduttori dove sono richieste precisione e stabilità, grazie alla loro capacità di misurare senza effetti negativi dovuti a lucentezza o variazioni di colore dei componenti. Il profilo del bordo del wafer e la precisione del posizionamento giocano un ruolo fondamentale nella riduzione delle perdite e nella produzione efficiente di chip di qualità. KEYENCE ha introdotto sul mercato profilatori laser che offrono misurazioni e ispezioni affidabili e precise di wafer con lucentezza unica per ispezioni di profilo delle posizioni delle tacche e delle forme dei bordi.

Un problema tipico riscontrato nelle ispezioni è la presenza di errori di misurazione dovuti all’inclinazione dell’oggetto. KEYENCE presenta esempi di misurazione di altezza e differenza di altezza utilizzando un profilatore laser dotato di funzione di correzione dell’inclinazione per una misurazione accurata. Il funzionamento del profilatore laser viene spiegato utilizzando un esempio di misurazione che coinvolge sia superfici trasparenti che a specchio, nonché un confronto con sistemi di misurazione a contatto.

I profilatori laser possono fornire la misurazione in linea della larghezza di un oggetto in qualsiasi posizione. KEYENCE presenta esempi, tra cui un caso in cui si utilizza un profilatore laser per misurare la larghezza di elastomeri. Vengono inoltre spiegate soluzioni alternative per la misurazione senza contatto della larghezza.

I profilatori laser possono misurare gli angoli rapidamente e con precisione senza utilizzare più testine sensore o calcoli esterni. KEYENCE presenta un esempio che migliora la qualità della saldatura automatica misurando istantaneamente la forma, la posizione e l’angolo della scanalatura davanti alla torcia della saldatrice automatica e fornendo feedback al sistema.

Un singolo profilatore laser misura con precisione la deformazione e la planarità di un bersaglio utilizzando i dati di altezza rilevati sotto la linea laser. Le misurazioni e le ispezioni vengono eseguite in modo semplice e veloce grazie alla capacità di questo profilatore laser di rilevare e misurare i punti di picco e di fondo e la larghezza della deformazione dai dati di profilo ottenuti.

I profilatori laser dotati di HDR a singolo scatto possono fornire una misurazione rapida e ad alta precisione del profilo 2D dei battistrada anche mentre i pneumatici (che hanno un basso contrasto cromatico) sono in movimento. Il profilo 3D può essere misurato acquisendo i dati di profilo dell’intera circonferenza del pneumatico in rotazione e sottoponendoli a elaborazione delle immagini.

I profilatori laser sono in grado di eseguire ispezioni 3D in linea su qualsiasi oggetto. Ispezioni affidabili al 100% possono essere realizzate senza influire sul tempo di ciclo grazie alle funzioni di campionamento ad alta velocità, alta precisione e regolazione ad alte prestazioni della posizione dei profilatori laser.

Sì, i profilometri laser 2D e le telecamere sono apparecchiature fondamentalmente diverse, sia nel funzionamento che nello scopo.

Le telecamere—salvo che non si tratti di telecamere 3D altamente avanzate—acquisiscono immagini bidimensionali. I profilometri laser, invece, misurano i dati di altezza per ottenere la forma e le dimensioni precise degli oggetti. Questi dati di altezza possono poi essere combinati in un’immagine 3D di un componente.

Inoltre, le telecamere si affidano all’illuminazione ambientale per acquisire le immagini, mentre i profilometri laser emettono luce per illuminare l’oggetto e ne catturano la geometria in base alla luce riflessa.

Infine, gli output dati dei profilatori laser e delle telecamere sono molto diversi. Le telecamere acquisiscono immagini fotografiche e video in formato digitale, ma catturano dati 3D presentandoli su un piano 2D.

I profilometri laser funzionano in modo diverso. Producono dati 2D o 3D, tipicamente sotto forma di nuvole di punti o modelli di superficie, che rappresentano le dimensioni esatte e la posizione relativa delle caratteristiche presenti nella forma di un oggetto.

Poiché sono in grado di fornire misurazioni precise e senza contatto, i profilometri laser sono utilizzati in un’ampia gamma di settori.

Le industrie manifatturiere fanno grande affidamento sui profilometri laser durante le fasi critiche della produzione per garantire l’accuratezza dimensionale e geometrica dei loro prodotti e la presenza/assenza di componenti negli assemblaggi.

I profilometri laser sono utilizzati anche nell’industria automobilistica per una vasta gamma di operazioni, che vanno dalle ispezioni delle saldature alle ispezioni delle superfici a 360°, alle ispezioni di uniformità e alle ispezioni di telaio e carrozzeria.

Anche l’industria elettronica, con la sua continua miniaturizzazione, si affida ai profilometri laser per ispezionare il posizionamento e l’allineamento dei componenti sui PCB prima e dopo la saldatura (alcuni componenti possono spostarsi durante il processo di fusione della saldatura). I profilometri laser vengono inoltre utilizzati per identificare crepe e saldature fredde, oltre a eventuali problemi del PCB stesso.

Altri settori—tra cui aerospaziale, edilizio e alimentare—si affidano ai profilometri laser per le loro operazioni di produzione, assicurazione qualità e ispezione qualità.

Sia la Serie LJ-V7000 che la Serie LJ-X8000 supportano la misurazione e l’ispezione avanzate di profili 3D, oltre all’ispezione dei profili 2D tramite misurazione in linea. La Serie LJ-X8000 raggiunge 3200 pixel lungo l’asse X per profilo, consentendo una misurazione del profilo ad altissima definizione sia sull’asse X che sull’asse Z. Questi profilometri laser sono in grado di catturare con precisione anche le più piccole caratteristiche del profilo. La Serie LJ-V7000 fornisce un campionamento ad alta velocità, fino a 64 kHz, contribuendo a ridurre i tempi di ciclo tramite misurazioni e ispezioni in linea rapide e precise. Entrambe le serie adottano un laser blu, che offre misurazioni e ispezioni stabili senza essere influenzati dal materiale, dal colore o dalle condizioni di temperatura dell'oggetto da misurare.

Una testina può misurare fino a una larghezza di 720 mm (Serie LJ-X8000). I nostri profilometri laser possono ispezionare automaticamente l’intera larghezza e la lunghezza totale di fogli, film e altri oggetti larghi con una sola testina sensore o con più sensori abbinati. La loro semplicità ne facilita l’integrazione nei sistemi esistenti, ma sono strumenti di ispezione molto potenti e possono rilevare le più piccole irregolarità sulla superficie da un’estremità all’altra senza fermare il movimento della macchina roll-to-roll grazie alla loro capacità di campionamento ad alta velocità. Inoltre, a differenza delle telecamere convenzionali, i profilometri laser non richiedono la regolazione della posizione della testina anche per fogli di diverso spessore o colore, rendendoli in grado di misurare una varietà di prodotti in modo semplice e rapido.

Certamente. KEYENCE offre non solo un pacchetto di elaborazione e ispezione di immagini 3D, ma anche un modello dedicato all’output del profilo (LJ-X8000A) specializzato e progettato solo per l’uso con l’output dei dati di profilo. Poiché i dati grezzi di profilo misurati da un profilometro laser possono essere importati direttamente in un computer, questi dati possono essere utilizzati per ispezioni 3D tramite un sistema esistente e librerie di machine vision esistenti senza costi aggiuntivi. Questo modello viene fornito (gratuitamente) con una versione del software di campionamento compatibile con HALCON che supporta varie librerie di machine vision.

Gli scanner di profilo 2D, spesso chiamati sensori a linea laser o scanner a linea laser, sono utilizzati principalmente per la scansione e la misurazione delle forme e delle geometrie degli oggetti e delle loro superfici. Questi scanner emettono una linea laser sulla superficie del target, che viene riflessa e catturata dalla telecamera/sensore integrato per generare un profilo. Questi scanner sono più comunemente usati per misurare larghezza, altezza, spazi o angoli, rilevare difetti, ammaccature o sporgenze sulla superficie dell’oggetto, monitorare l’uniformità del materiale, valutare l’usura dei componenti meccanici e ispezionare le saldature nei processi produttivi.

I profilometri 3D ampliano le capacità degli scanner laser 2D creando una rappresentazione tridimensionale di superfici e oggetti. Questo avviene tipicamente scansionando l’oggetto in modo controllato o combinando più profili 2D in uno tridimensionale. Grazie alla capacità di vedere o scansionare la terza dimensione, i profilometri laser 3D hanno trovato applicazione nell’ispezione delle superfici, nelle misurazioni volumetriche, nel monitoraggio delle deformazioni e delle distorsioni dei materiali, nonché nel reverse engineering, nella replica di parti, nella mappatura 3D e nella topografia di grandi aree e nel controllo qualità e verifica nei processi produttivi. Inoltre, sono facilmente integrabili con altri sistemi di automazione, rivelandosi utili per la guida robotica e la movimentazione dei materiali.

È possibile generare un profilo 3D utilizzando un laser 2D spostando lo scanner o l’oggetto da scansionare lungo la terza asse, che di solito è perpendicolare alla direzione di scansione 2D. Con più scansioni 2D dell’oggetto, il software associato combina questi profili 2D in una rappresentazione 3D completa della superficie reale dell’oggetto. Questo processo viene spesso eseguito integrando encoder e altri meccanismi di tracciamento della posizione per garantire una mappatura precisa della superficie dell’oggetto.

Quando si confrontano i profilometri laser 3D con i sistemi di visione, la migliore tecnologia di metrologia dipende dalle esigenze e dai requisiti specifici. Come suggerisce il nome, gli scanner 3D eccellono nel fornire informazioni di profondità/altezza con risoluzione fine, rendendoli adatti ad applicazioni che richiedono scansioni 3D dettagliate delle superfici. Sono anche più veloci nell’acquisizione dei dati rispetto ai sistemi di visione, migliori nelle scansioni di superfici dettagliate e nella gestione di una gamma più ampia di materiali e condizioni superficiali. Tuttavia, gli scanner laser 3D richiedono movimento, mentre i sistemi di visione lavorano tipicamente su parti stazionarie. I sistemi di visione, invece, forniscono scansioni 2D ad altissima risoluzione e sono ideali per applicazioni e compiti in cui il riconoscimento dei colori e il pattern matching sono importanti. Tuttavia, sono considerevolmente più lenti rispetto ai laser 3D.