Laser-Scanner

Die Triangulation zur Abstands- und Entfernungsmesung bedient sich einer einfachen trigonometrischen Beziehung. Ein Laser projiziert einen Punkt oder eine Linie auf ein Objekt. Das dort diffus reflektierte Licht wird über die lichtempfindliche Empfangseinheit (CMOS, CCD, PSD) aufgenommen. Entfernt sich das Objekt, ändert sich auch die beleuchtete Stelle auf dem Empfangselement und damit auch der Lichteinfallswinkel. Der Abstand zwischen Laserdiode und Empfangseinheit ist aus der Sensorkonstruktion bekannt. Gesucht wird der Abstand von der Laserdiode zum Objekt. Durch Anwendung des Tangenssatzes kann diese Strecke präzise berechnet werden.
Als Lichtquelle dient eine Laserdiode, die einen punktförmigen Laserstrahl erzeugt. Durch spezielle Linsen entsteht aus dem Laserpunkt eine Linie. Bei herkömmlichen Lichtschnittsensoren wird zur Brechung des Laserlichts eine Zylinderlinse eingesetzt. Großer Nachteil dieser Methode ist die gaußförmige Intensitätsverteilung des Lichts über der Linie, wodurch Randbereiche nur sehr schlecht beleuchtet werden.
Bei scanCONTROL wird die Brechung durch eine Präzisions-Keillinse erzielt. Damit erhält man außer in den Randbereichen eine lineare Intensitätsverteilung.

Reflektierte Linie
Bei einer Messung wird das reflektierte Licht der Linie von einer hochempfindlichen CMOS-Matrixaufgenommen, welche ein präzises Abbild des Oberflächenprofils erzeugt. Jede Veränderung des Profils verändert  die abgebildete Linie und formt damit ein geändertes Abbild auf der Matrix.Da das Messobjekt oder der Scanner in der Regel bewegt wird, entsteht durch aneinanderlegen der einzelnen Linienprofile ein 3D-Abbild des Objekts. Dabei wird auch von der sog. Punktewolke gesprochen, weil sich das Bild aus vielen tausenden einzelnen Messpunkten zusammensetzt.

Auf alles achten
Aufgrund der zusätzlichen Dimension ist die richtige Anwendung dieser Sensoren deutlich komplexer als mit den bisher genannten Sensoren in der Beitragsreihe. Grundsätzlich ist keine pauschale Aussage darüber möglich, ob ein Objekt messbar ist oder nicht. Der Erfolg der Messung ist immer davon abhängig, welche Parameter gewonnen werden sollen und unter welchen Umständen die Messung erfolgen soll. Deshalb ist eine Beurteilung der Realisierbarkeit von Objekt zu Objekt neu zu treffen. Der Erfolg einer Messung ist z. B. davon abhängig, wieviel Zeit für eine Messung zur Verfügung steht. Je langsamer ein Objekt den Laserstrahl passiert, desto mehr Zeit steht zur Datenaufnahme zur Verfügung. Dem zu Folge kann auch keine pauschale Aussage getroffen werden, ob Messungen, die im statischen Zustand brauchbare Ergebnisse geliefert haben, auch im dynamischen Zustand verwendbar sind. Die Qualität des Ergebnisses hängt ebenfalls davon ab, welche Reflexionseigenschaften das Messobjekt hat. Je nach dem wie stark absorbierend oder reflektierend das Messobjekt ist, können entsprechende Daten gewonnen werden oder nicht. Auch das zugrunde liegende Material ist für den Erfolg der Messung verantwortlich. Zum Beispiel kann durch zu hohe Semitransparenz das Signal unbrauchbar werden.
Als letzter Faktor für den Erfolg steht die Kontur, bei der durch mögliche Abschattungen oder Mehrfachreflexionen das Profil Fehlstellen oder unbrauchbare Profilpunkte aufweisen kann. Diese grundlegenden Faktoren können das Messsignal essentiell beeinflussen und Fehlstellen oder Ausreißer zur Folge haben.

Die richtige Einstellung
Trotz all dieser kritischen Faktoren kann aus einem schwierig auszuwertenden Signal mit Ausreißern und Fehlstellen ein durchgängiges Signal mit deutlich erkennbarem Oberflächenprofil erstellt werden. Verantwortlich dafür ist die individuell richtige Einstellung des Sensors abgestimmt auf das Messobjekt. Mit verschiedenen Filter und Einstellungen der Belichtungszeit z. B. können mangelhafte Signale in einer zweiten Messung häufig soweit verbessert werden, dass am Ende die gewünschte Information genutzt werden kann.
Beispielsweise wird eine Messung auf bewegten schwarzen Gummi mit kurzer Belichtungszeit ein eher unbrauchbares Profil liefern, als wenn bei längerer Belichtungszeit das Objekt nicht bewegt wird und dadurch eine längere Belichtungszeit über das ganze Profil erreicht wird.

Weitere Beträge zum Thema:
Video: Automatische Geometrieprüfung von Silizium-Ingots
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Weitere Messprinzipien:
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