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Konfokal-chromatische Sensoren messen im Submikrometerbereich

| Autor/ Redakteur: Kathrin Schäfer / Kathrin Schäfer

Die Drahtstärke von Stents, die Wandstärke von Infusionsschläuchen oder die Membrandicke ventrikulärer Pumpen – all diese Parameter müssen bereits während der Produktion kontrolliert werden. Ideal geeignet sind hierfür konfokal-chromatische Messsysteme.

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Konfokal-chromatisches Messsystem: Das Messprinzip erlaubt es, Wege und Abstände sowohl auf diffusen als auch auf spiegelnden Oberflächen präzise zu messen. Bei transparenten Messobjekten ist darüber hinaus eine Dickenmessung möglich.
Konfokal-chromatisches Messsystem: Das Messprinzip erlaubt es, Wege und Abstände sowohl auf diffusen als auch auf spiegelnden Oberflächen präzise zu messen. Bei transparenten Messobjekten ist darüber hinaus eine Dickenmessung möglich.
( Bild: Micro-Epsilon )

Zuerst die Theorie: Beim konfokal-chromatischen Messprinzip wird polychromatisches Licht (Weißlicht) durch eine mehrlinsige Optik auf die Messobjektoberfläche fokussiert. Die Linsen sind so angeordnet, dass das Licht durch kontrollierte chromatische Abweichung in seine monochromatischen Wellenlängen zerlegt wird. Durch eine werkseitige Kalibrierung wird jeder Wellenlänge ein bestimmter Abstandspunkt zum Messobjekt zugeordnet. Im Sensorsystem wird diejenige Lichtwellenlänge zur Messung herangezogen, die sich exakt auf dem Messobjekt fokussiert. Das von diesem Punkt reflektierte Licht wird über eine optische Anordnung auf einem lichtempfindlichen Sensorelement abgebildet, auf dem die zugehörige Spektralfarbe erkannt und ausgewertet wird. Für Dickenmessungen werden entsprechend mehrere Abstandspunkte ausgewertet. Die Sensoren sind in passiver Bauweise ausgeführt und kommen ohne elektrische Bauteile aus. Daher sind Messungen in schwierigen Umgebungen wie Ex-Bereichen möglich. Darüber hinaus strahlen die Sensoren keine Abwärme ab und sind somit besonders für empfindliche Anwendungsumgebungen geeignet.

Zu finden ist diese Sensortechnik – der Name legt es nahe – beispielsweise im konfokal-chromatischen Messsystem Confocal-DT der Firma Micro-Epsilon. Dessen Controller liefert ein sehr gutes Signal-/Rauschverhältnis und ermöglicht präzise Messungen. Die schnelle Oberflächenkompensation sorgt für die Regelung der Belichtungszyklen, um eine hohe Signalstabilität zu erreichen.

Auch mehrschichtige Objekte präzise vermessen

Das Messprinzip erlaubt es, Wege und Abstände sowohl auf diffusen als auch auf spiegelnden Oberflächen präzise zu messen. Bei transparenten Messobjekten ist darüber hinaus eine Dickenmessung möglich. Dafür steht eine umfangreiche Materialdatenbank zur Verfügung, die über das Webinterface individuell editierbar und erweiterbar ist. Durch die Auswertung von bis zu sechs Peaks können auch mehrschichtige Objekte vermessen werden.

Dickenmessungen geben Auskunft über die Qualität

Zurück in die Praxis: In der Medizintechnik sind die Anwendungsgebiete des Messsystems besonders vielfältig. Ein zentrales Einsatzgebiet stellt die Dickenmessung dar, beispielsweise bei der Herstellung von Stents. Diese müssen in ihrem Durchmesser kontrolliert werden, außerdem sind Drahtuntersuchungen zwingend notwendig. Funktion, Qualität und exakte Drahtstärke werden durch die Messung gesichert. Ähnlich verhält es sich bei der Herstellung von Infusionsschläuchen. Bei diesen kommt es auf eine konstante Wandstärke an, denn nur sie garantiert hohe Qualität. Lediglich ein einziger Sensor ist nötig, um mehrere Schichten von Schläuchen zu überprüfen.

Auch bei der Produktion von Glaskapillaren und deren Schichtdicken-Kontrolle wird das Messsystem Confocal-DT verwendet. Hier zeigt die Messtechnik, ob die überaus engen Toleranzen eingehalten wurden. Dazu misst ein Sensor mehrere Schichten und klassifiziert sie.

Entscheidend fürs fehlerfreie Funktionieren ventrikulärer Pumpen ist die Dicke von deren Membranen. Eine berührungslose Dickenmessung während der Produktion liefert Erkenntnisse über die Qualität und Lebensdauer der Membrane.

Im zahnmedizinischen Bereich wiederum eignen sich die konfokal-chromatische Sensoren des Confocal-DT, um die Kauflächen von bis zu vier Zahnimplantaten gleichzeitig zu untersuchen und auf Abnutzung zu prüfen. Zudem wird eine hochauflösende Digitalisierung der Implantate möglich.

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Noch im Submikrometerbereich genau

Das konfokal-chromatische Messsystem Confocal-DT von Micro-Epsilon verfügt über einen schnellen Controller mit Messraten von 10 kHz, 25 kHz oder 70 kHz mit Xenon-Lichtquelle. Er erzielt präzise Messergebnisse sowohl bei Weg- und Abstandsmessungen als auch bei der Dickenmessung von transparenten Objekten. Ein breites Programm an konfokal-chromatischen Sensoren ist für dieses Messsystem verfügbar. Sie arbeiten berührungslos und sind verschleißfrei und langzeitstabil. Unterschiedliche Schnittstellen wie Ethernet, Ether-CAT, RS422 und Analogausgang eröffnen vielfältige Anwendungsfelder. Speziell für den Einsatz im Vakuum wurden die Sensoren der Serie IFS2406 konzipiert. Sie sind kompakt gebaut und arbeiten noch im Submikrometerbereich genau.

Und was ist jenseits der Medizintechnik möglich?

Beim automatischen Pipettieren von Microtitern stellen konfokale Sensoren eine mikrometergenaue Füllstandsmessung sicher. Sie messen dabei auf sämtlichen Flüssigkeiten. Last but not least: Wenn Wirkstoffe von Tabletten geprüft werden, wird ebenfalls das Confocal-DT eingesetzt. Geprüft wird der konstante Abstand des Raman-Mikroskops zur Tablette. Hierfür erstellt der konfokale Sensor eine präzise Oberflächentopografie der Tablette. Die hohe Auflösung ermöglicht es, den Abstand des Mikroskops zur Tablette konstant zu halten. Ob also Medizin-, Dental-, Labortechnik oder Pharmazie – konfokal-chromatische Sensoren finden sich überall dort, bei der Messung von Abständen im Submikrometerbereich oder der einseitigen Dickenmessung transparenter Materialien.

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