Perfilómetro láser / Sensor láser de captura instantánea 3D

Los perfilómetros láser pueden realizar mediciones de perfil sin contacto. A diferencia de los dispositivos de medición por contacto, los perfilómetros láser pueden medir con precisión los perfiles de materiales blandos u objetivos que podrían dañarse por contacto. Automatizar la medición por perfil también elimina la dependencia de los operadores, eliminando el riesgo de error humano o variación en los métodos de medición, mejorando así la fiabilidad y reduciendo el tiempo de inspección.

Los sistemas de medición por contacto son difíciles de usar en superficies de productos sensibles a los arañazos y componentes electrónicos montados en PCB delicadas y de precisión. Los perfilómetros láser, en cambio, pueden realizar mediciones de estos objetos delicados durante la producción, sin detener las piezas para su inspección. Debido a su método de medición sin contacto, los perfilómetros láser pueden medir con precisión los perfiles de productos de caucho, alimentos y otros objetos blandos sin cambiar la forma del objeto por presión de contacto. Los perfilómetros láser pueden proporcionar una solución para inspecciones automáticas al 100% en una amplia gama de industrias, procesos y productos.

Debido a que los sensores de desplazamiento láser 1D miden en un solo punto en lugar de toda la superficie, están limitados para calcular mediciones 2D o 3D como diferencias de altura o deformaciones. Los perfilómetros láser ofrecen una solución para escanear áreas amplias en un solo barrido, haciendo posible completar mediciones más complejas a altas velocidades.

Completar mediciones 2D, como la diferencia de altura, con sensores de desplazamiento láser 1D requiere el uso de varios sensores o la instalación de una plataforma de precisión para ajustar la posición del sensor con respecto al objetivo. Esto podría ser difícil debido a limitaciones de tiempo o espacio, y la precisión está limitada a qué tan bien se pueda posicionar la pieza. Sin embargo, los perfilómetros láser miden la altura a lo largo de una superficie utilizando una línea láser en lugar de observar un solo punto, lo que permite completar mediciones de diferencia de altura en áreas amplias sin necesidad de movimiento ni de múltiples sensores. Al instalar perfilómetros láser en una línea de producción, los fabricantes pueden mejorar el rendimiento realizando mediciones de diferencia de altura, deformaciones y otras mediciones 2D/3D sin detener la línea de producción.

La inspección basada en cámaras puede ser difícil para ciertas aplicaciones debido a las condiciones de iluminación, la falta de contraste de color o las diferencias de altura en el objetivo. Además, el alcance se limita a mediciones 2D, por lo que la inspección de altura debe realizarse por separado. Los perfilómetros láser pueden realizar la inspección 3D y detección de defectos de cualquier material sin iluminación externa.

Las cámaras de área convencionales y las cámaras de escaneo lineal necesitan la instalación de lámparas. En algunos casos, puede ser difícil establecer las condiciones debido a la desigualdad de color, patrones, brillo y otras características que pueda tener el objetivo. Además, las cámaras no pueden medir la altura, y ni siquiera al apuntar desde un ángulo se logra una inspección fiable debido a la imposibilidad de enfocar completamente una imagen desde el frente hasta el fondo de un objetivo. Por otro lado, los perfilómetros láser pueden medir alturas sin iluminación externa. Con solo instalar el sensor, un perfilómetro láser puede usarse para inspeccionar la altura y otros datos de perfil 3D capturando la forma del objeto desde arriba. Los perfilómetros láser también pueden lograr mediciones de perfil en línea fiables sin verse afectados por diferencias de color, patrones y otras características del objeto.

Los perfilómetros láser de alta velocidad pueden realizar el seguimiento del sistema aplicador (boquilla dispensadora) para medir e inspeccionar el perfil 3D de selladores y adhesivos recién aplicados en tiempo real. Como los perfilómetros láser no se ven afectados por la luz ambiental, pueden utilizarse para medir cordones recién soldados siguiendo la antorcha del robot de soldadura. Otras aplicaciones incluyen inspecciones de apariencia de piezas y productos, así como otras mediciones de perfil 3D que antes eran imposibles para inspecciones automáticas en línea. KEYENCE ha introducido en el mercado la próxima generación de inspecciones automáticas al 100% que solo pueden lograrse con perfilómetros láser.

Las baterías, uno de los componentes más importantes de los vehículos eléctricos, deben cumplir con altos estándares de calidad y seguridad. Un perfilómetro láser puede realizar automáticamente inspecciones al 100% en una amplia gama de procesos, incluyendo la calidad de aplicación de recubrimientos durante la fabricación de baterías de ion de litio y la medición de perfil 3D de electrodos y cordones de soldadura para el sellado de tapas de cajas cuadradas.

Las necesidades de inspección están creciendo con la creciente demanda de smartphones, tabletas y dispositivos wearables, junto con la tendencia a tamaños más pequeños y mayor funcionalidad. KEYENCE permite inspecciones automáticas al 100% utilizando perfilómetros láser en la industria de componentes electrónicos, incluyendo la medición de perfil de alabeo de PCB y pastas de soldadura aplicadas en PCBs, inspección de inserción de sellos de aceite y juntas tóricas en carcasas e inspección de coplanaridad de pines.

Los perfilómetros láser son muy efectivos para procesos de semiconductores donde se requiere precisión y estabilidad, gracias a su capacidad para medir sin verse afectados negativamente por el brillo de las piezas o la variación de color. El perfil del borde del wafer y la precisión de posicionamiento juegan un papel importante en la reducción de pérdidas y la fabricación eficiente de chips de calidad. KEYENCE ha introducido en el mercado perfilómetros láser que ofrecen mediciones e inspecciones de wafers con brillo único de manera fiable y precisa para la inspección de posiciones de muescas y formas de bordes.

Un problema típico encontrado en las inspecciones es la aparición de errores de medición debido a la inclinación del objeto. KEYENCE presenta ejemplos de medición de altura y diferencia de altura utilizando un perfilómetro láser equipado con una función de corrección de inclinación para una medición precisa. Se explica el funcionamiento del perfilador láser utilizando un ejemplo de medición que involucra tanto superficies transparentes como espejadas, así como una comparación con sistemas de medición por contacto.

Los perfilómetros láser pueden proporcionar medición en línea del ancho de un objetivo en cualquier posición. KEYENCE presenta ejemplos, incluido un caso que utiliza un perfilómetro láser para medir el ancho de elastómeros. También se explican soluciones alternativas para la medición de ancho sin contacto.

Los perfilómetros láser pueden medir ángulos de forma rápida y precisa sin utilizar múltiples cabezales ni cálculos externos. KEYENCE presenta un ejemplo que mejora la calidad de la soldadura automática midiendo instantáneamente la forma, posición y ángulo de la ranura delante de la antorcha de la máquina de soldadura automática y proporcionando retroalimentación al sistema.

Un solo perfilómetro láser mide con precisión el alabeo y la planicidad de un objetivo utilizando los datos de altura bajo la línea láser. Las mediciones e inspecciones se realizan de manera sencilla y rápida gracias a la capacidad de este perfilómetro láser para detectar y medir los puntos máximos y mínimos de altura y el ancho del alabeo a partir de los datos de perfil obtenidos.

Los perfilómetros láser equipados con HDR de disparo único pueden proporcionar una medición rápida y de alta precisión del perfil 2D de las bandas ranuradas, incluso mientras los neumáticos (que tienen bajo contraste de color) están en movimiento. El perfil 3D también puede medirse adquiriendo los datos de perfil de toda la circunferencia del neumático giratorio y sometiéndolos a procesamiento de imágenes.

Los perfilómetros láser son capaces de realizar inspecciones 3D en línea en cualquier objeto. Se pueden lograr inspecciones fiables al 100% sin afectar el tiempo de ciclo aprovechando el muestreo de alta velocidad, la alta precisión y las funciones de ajuste de posición de alto rendimiento de los perfilómetros láser.

Sí, los perfilómetros láser 2D y las cámaras son equipos fundamentalmente diferentes, tanto en su funcionamiento como en su propósito.

Las cámaras —a menos que sean cámaras de imagen 3D altamente avanzadas— capturan imágenes bidimensionales. Los perfilómetros láser, en cambio, miden datos de altura para obtener la forma y dimensión precisa de los objetos. Estos datos de altura pueden luego combinarse para generar la imagen 3D de una pieza.

Además, las cámaras dependen de la iluminación ambiental para capturar imágenes, mientras que los perfilómetros láser emiten luz para iluminar el objeto y capturar su geometría en función de la luz reflejada.

Por último, la salidas de datos de los perfilómetros láser y las cámaras difieren ampliamente. Las cámaras capturan imágenes fotográficas y vídeos en formato digital, pero están capturando datos 3D y presentándolos a través de un plano 2D.

Los perfilómetros láser funcionan de manera diferente. Generan datos 2D o 3D, normalmente en forma de nubes de puntos o modelos de superficie, que representan las dimensiones exactas y la posición relativa de las características presentes en la forma de un objeto.

Dado que pueden proporcionar mediciones precisas y sin contacto, los perfilómetros láser se utilizan en una amplia gama de industrias.

Las industrias manufactureras dependen en gran medida de los perfilómetros láser durante pasos críticos de la producción para garantizar la precisión dimensional y geométrica de su producto y la presencia/ausencia de componentes en los ensamblajes.

Los perfilómetros láser también se utilizan en la industria automotriz para una amplia variedad de tareas, que van desde inspecciones de soldadura hasta inspección superficial de 360°, inspección de uniformidad e inspecciones de chasis y carrocería.

La industria electrónica, con su continua miniaturización, también depende de los perfilómetros láser para inspeccionar la posición y alineación de los componentes en la PCB antes y después de la soldadura (algunos componentes pueden moverse durante el proceso de fusión de la soldadura). Los perfiladores láser también se utilizan para identificar grietas y soldaduras frías, así como cualquier posible problema con la propia placa PCB.

Otras industrias —incluidas la aeroespacial, la construcción y las industrias de alimentos y bebidas— también dependen de los perfilómetros láser para sus operaciones de fabricación, aseguramiento y control de calidad.

Tanto la Serie LJ-V7000 como la Serie LJ-X8000 admiten medición e inspección avanzada de perfiles 3D, sin mencionar la inspección de perfiles 2D mediante medición de perfil en línea. La Serie LJ-X8000 logra 3200 píxeles a lo largo del eje X por perfil, lo que permite una medición de perfil de ultra alta definición tanto en el eje X como en el eje Z. Estos perfilómetros láser son capaces de capturar con precisión características de perfil muy pequeñas. La Serie LJ-V7000 proporciona muestreo de alta velocidad, hasta 64 kHz, contribuyendo a tiempos de ciclo más cortos mediante medición e inspección en línea rápida y precisa. Ambas series adoptan un láser azul, que ofrece medición e inspección estable sin verse afectadas por el material, el color o las condiciones de temperatura del objetivo.

Un solo cabezal puede medir hasta un ancho de 720 mm (Serie LJ-X8000). Nuestros perfilómetros láser pueden inspeccionar automáticamente el ancho total y la longitud total de láminas, películas y otros objetos anchos con un solo cabezal o varios cabezales emparejados. Su simplicidad los hace fáciles de integrar en sistemas existentes, pero son herramientas de inspección muy potentes y pueden detectar la más mínima irregularidad en la superficie de un extremo a otro sin detener el movimiento de la máquina rollo a rollo gracias a su capacidad de muestreo de alta velocidad. Además, a diferencia de las cámaras convencionales, los perfilómetros láser no requieren que se reajuste la posición del cabezal ni siquiera para láminas de diferentes grosores o colores, lo que los hace capaces de medir una variedad de productos de manera fácil y rápida.

Por supuesto. KEYENCE no solo ofrece un paquete de procesamiento e inspección de imágenes 3D, sino también un modelo de salidas de perfil dedicado (LJ-X8000A) que se especializa y está diseñado solo para su uso con la salida de datos de perfil. Debido a que los datos de perfil sin procesar medidos por un perfilómetro láser pueden importarse directamente a una computadora, estos datos pueden introducirse en inspecciones 3D utilizando un sistema existente y bibliotecas de visión artificial existentes sin costes adicionales. Este modelo se suministra (sin coste) con una versión de software de muestra compatible con HALCON que admite varias bibliotecas de visión artificial.

Los escáneres de perfil 2D, a menudo denominados sensores de línea láser o escáneres de línea láser, se utilizan principalmente para escanear y medir formas y geometrías de objetos y sus superficies. Estos escáneres emiten una línea láser sobre una superficie, la cual se refleja y es capturada por la cámara/sensor incorporada para generar un perfil. Estos escáneres se utilizan más comúnmente para medir el ancho, la altura, las separaciones o el ángulo, detectar cualquier defecto, abolladura o protuberancia en la superficie del objeto, monitorear la uniformidad del material, evaluar el desgaste en piezas mecánicas e inspeccionar cordones de soldadura en procesos de fabricación.

Los perfilómetros 3D amplían las capacidades de los escáneres láser 2D al crear una representación tridimensional de superficies y objetos. Esto se realiza normalmente escaneando el objeto de manera controlada o combinando múltiples perfiles 2D en uno tridimensional. Dada su capacidad para ver o escanear la tercera dimensión, los perfilómetros láser 3D han encontrado aplicaciones en la inspección de superficies, mediciones volumétricas, monitoreo de deformaciones y alabeos de materiales, así como en ingeniería inversa, replicación de piezas, mapeo 3D y topografía de grandes áreas, y control y verificación de calidad en procesos de fabricación. Además, se integran fácilmente con otros sistemas de automatización, lo que ha resultado útil para la guía robótica y la manipulación de materiales.

Se puede generar un perfil 3D utilizando un láser 2D moviendo el escáner o el objeto escaneado a lo largo del tercer eje, que normalmente es perpendicular a la dirección de escaneo 2D. Con múltiples escaneos 2D del objeto, el software asociado combina estos perfiles 2D en una representación 3D completa de la superficie real del objeto. Este proceso suele realizarse integrando encoders y otros mecanismos de seguimiento de posición para garantizar un mapeo preciso de la superficie del objeto.

Cuando se trata de comparar perfilómetros láser 3D y sistemas de visión, la mejor tecnología de metrología depende de sus necesidades y requisitos. Como su nombre indica, los escáneres 3D destacan por proporcionar información de profundidad/altura con alta resolución, lo que los hace adecuados para aplicaciones que requieren escaneos detallados de superficies en 3D. También son más rápidos en la adquisición de datos en comparación con los sistemas de visión, mejores en escaneos de superficies detallados y capaces de manejar una gama más amplia de materiales y condiciones de superficie. Sin embargo, los escáneres láser 3D requieren movimiento, mientras que los sistemas de visión suelen trabajar con piezas estacionarias. Los sistemas de visión, por otro lado, proporcionan escaneos 2D de resolución excepcionalmente alta y son ideales para aplicaciones y tareas en las que el reconocimiento de color y la coincidencia de patrones son importantes. Pero son considerablemente más lentos en comparación con los láseres 3D.