Laser-Triangulation

Die Methode der Lasertriangulation basiert auf eine einfache geometrische Beziehung. Eine Laserdiode emittiert einen Laserstrahl, der auf das Messobjekt gerichtet ist. Die dort reflektierte Strahlung wird über eine Optik entweder auf eine CCD- / CMOS-Zeile oder auf ein PSD-Element abgebildet. Die Intensität der reflektierten Strahlung ist von der Oberfläche des Messobjektes abhängig. Deshalb wird bei analog arbeitenden PSD-Sensoren die Empfindlichkeit geregelt. Bei digitalen CCD-Sensoren regelt die von Micro-Epsilon verwendete RTSC-Schaltung (Real Time Surface Compensation) Intensitätsänderungen ohne Verzögerung aus.
Durch eine einfache trigonometrische Berechnung kann damit der Abstand sehr genau bestimmt werden. Die mögliche Auflösung reicht dabei bis in den Bereich von Bruchteilen eines µm. Die Daten werden, je nach Ausführung, über den externen oder internen Controller ausgewertet und über verschiedene Schnittstellen ausgegeben.

Punktlaser-Sensoren werden sehr häufig verwendet, da sie einfach in der Anwendung sind und durch den sichtbaren Laserpunkt am Messobjekt auch einfach darauf ausgerichtet werden können. Das optische Prinzip erlaubt je nach Bauart Messabstände von mehr als 1 m, dabei bleibt der Messpunkt dennoch relativ klein. Je nach gewünschter Genauigkeit werden dabei sehr kleine und präzise Messbereiche oder große und relativ genaue Messbereiche konstruiert. Die Elektroniken vieler Sensormodelle gleichen Schwankungen der Intensität des reflektierten Laserpunkts schnell aus. Nur wenigen Modellen am Markt gelingt eine Regelung dieses Effekts in Echtzeit.

 

Schnelle Oberflächenkompensation
Auch direkt bei der Anwendung von Lasersensoren muss einiges beachtet werden. Änderungen der Reflexionseigenschaften der Oberfläche ziehen immer Regelungsprozesse für eine maximale Signalstabilität nach sich. Wie schnell diese Regelung erfolgt hängt immer vom Hersteller ab. D.h. je länger der Sensor zur Regelung benötigt, desto mehr Messwerte können nach dem Farbübergang nicht zur Auswertung herangezogen werden. Echtzeitregelungssysteme wie die RTSC von Micro-Epsilon erzielen dabei die besten Ergebnisse. Es muss auch darauf geachtet werden dass der Bereich in dem der Sensor misst frei von Fremdkörpern bleibt. Staub und kleine Teilchen im Strahlengang können die Messung deutlich beeinflussen, wenn sie den Laserstrahl durchqueren. Die Ausrichtung des Sensors zum Objekt bzw. zur Bewegungsrichtung des Objekts darf nicht unterschätzt werden. Wie im Messprinzip bereits beschrieben muss der reflektierte Strahl das Empfangselement direkt erreichen können. Wird dies durch Abschattungen verhindert, kann der Sensor in diesem Bereich nicht messen. Deshalb muss der Sensor immer quer zur Bewegungsrichtung montiert werden. Trotz allen Fortschritts und der damit verbundenen Miniaturisierung der Sensoren bleiben Lasersensoren weiterhin relativ Groß im Vergleich zu elektromagnetischen Sensoren.

Vorteile des Triangulationsprinzips:
• Kleiner Messfleckdurchmesser
• Großer Grundabstand zwischen Messobjekt und Sensor
• Große Messbereichsspannen möglich
• Nahezu materialunabhängig

Einschränkungen in der Anwendung:

• Bedingter Einfluss der Oberflächeneigenschaften auf die Messgenauigkeit
• Saubere Umwelt im Strahlengang erforderlich
• Große Sensorabmessung in Relation zu konfokalen, kapazitiven und Wirbelstromsensoren
• Für spiegelnde Oberflächen nur mit spezieller Sensorausrichtung geeignet

Viele weitere Informationen zu Sensoren und Anwendungen erhalten Sie direkt bei Micro-Epsilon.

Weitere Messprinzipien:
Wirbelstromsensoren
Kapazitive Sensoren
Laser-Scanner
Konfokale Sensoren
Distanzsensoren
Seilzigsenoren
Farbsensoren
IR-Temperatursensoren