Abstandsmessung mit Laser-Triangulation und blauem Laser
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Optisch, berührungslos und präzise: Die Laser-Triangulation zählt zu den beliebtesten Verfahren der industriellen Wegmessung. Seit jeher wurde mit einem roten Laserlicht gearbeitet, da die verwendeten Empfangselemente hier die höchste Empfindlichkeit haben. Bei glühenden Objekten und transparenten oder organischen Materialien weist der rote Laser jedoch Defizite auf, die sich auf die Messgenauigkeit auswirken können. Die Sensoren mit dem blauen Laser von Micro-Epsilon lösen dieses Problem zuverlässig – nicht nur bei der eindimensionalen Abstandsmessung, sondern auch bei der Profil- und Konturerfassung.
Inhalt
- Laser-Triangulation als optisches Standardmessverfahren
- Blauer Laser dringt in die Oberfläche ein
- Häufige Fragen
Laser-Triangulation als optisches Standardmessverfahren
Die Laser-Triangulationssensoren zählen zu den optischen Standardmessverfahren. Die Triangulation realisiert optische Abstandsmessung durch Winkelberechnung innerhalb eines Dreiecks. Dabei emittiert eine Laserdiode einen Laserstrahl, der auf das Messobjekt gerichtet ist.
Die reflektierte Strahlung wird über eine Optik auf ein digitales Fotoelement (CCD-Zeile) abgebildet. Aus der Lage des Lichtpunktes auf dem Empfangselement wird der Abstand des Objekts zum Sensor berechnet. Die Daten werden über den meist internen Controller ausgewertet und über digitale oder analoge Schnittstellen ausgegeben.
Physikalisch bedingt ist das CCD-Element im infraroten (IR) Bereich deutlich empfindlicher als im ultra-violetten (UV), weshalb herkömmliche Sensoren mit dem roten Laserlicht (Wellenlänge von 670 nm) nahe dem IR-Bereich arbeiten. Dieser Ansatz funktioniert auf vielen Objekten. Einige Messaufgaben sind jedoch damit nicht lösbar. Verschiedene Objekte wie glühendes Metall emittieren einen hohen Anteil infraroter Strahlung.
Diese Strahlung stört den auf „rot“ getrimmten Sensor, so dass er ab einer Temperatur von ca. 700 °C keine vernünftige Messung mehr durchführt. Anders als bei Sensoren mit rotem Laser arbeitet der blaue Laser mit einer kürzeren Wellenlänge von 405 nm und damit nahe dem UV-Bereich des Spektrums. Somit hat ein blauer Laser einen maximalen Abstand zum Infrarot, sodass ihn emittierte IR-Strahlung nicht stört.
Blauer Laser dringt in die Oberfläche ein
Abhängig vom Messobjekt dringt das herkömmliche rote Laserlicht mehr oder weniger stark in das Messobjekt ein und wird dort gestreut. Besonders bei organischen Messobjekten tritt dieser Effekt in Erscheinung. Da an der Oberfläche kein sauberer Bildpunkt entsteht, lässt sich kein exakter Abstand definieren.
Im Unterschied dazu dringt das blau-violette Laserlicht bei solchen Materialien durch die kürzere Wellenlänge nicht so weit in das Messobjekt ein. Der blaue Laser bildet auf der Oberfläche einen minimalen Laserpunkt und sorgt auch auf kritischen Messobjekten für stabile und präzise Ergebnisse.
Exakte Abstandsmessung auch in 3D
Die Vorteile der Triangulation mit der blauen Laserdiode gelten nicht nur für die eindimensionalen Messungen wie Abstand, Materialdicke und Vibration sondern auch für mehrdimensionale Qualitätskontrolle wie Profil- und Konturmessung.
So wurde die Baureihe der 2D/3D-Laser-Scanner mit den Modellen mit blauer Laserdiode erweitert. Die besonderen Eigenschaften der kurzen Wellenlänge ermöglichen den Einsatz unter bisher nicht praktikablen Bedingungen. Auch werden präzise Messungen an Oberflächen möglich, deren Reflektionseigenschaften oder Transparenz andere optische Messungen eigentlich ausschließen würden.
Abstandssensor mit schneller Time-of-flight Messmethode
Die Modelle Scan Control 2600BL und 2900BL haben eine besonders kompakte Bauform dank der integrierten Kontrollelektronik. Dies ermöglicht den Einsatz in komplexen Maschinen, die nur wenig Platz für Sensorik lassen.
Profilfrequenzen von bis zu 4000 Hz schaffen die Grundlage für die Nutzung in Hochgeschwindigkeits-Anwendungen beispielsweise zur Schienenvermessung von fahrenden Zügen aus.
Dabei sind verschiedene Messbereiche von 25 bis zu 140 mm sowohl in Z-Richtung (Abstand) als auch in X-Richtung (Laserlinienlänge) verfügbar. Zur Messwertübertragung dient eine Ethernet- (UDP, Modbus) und eine serielle Schnittstelle (RS422, Modbus).
Außerdem können analoge Signale oder digitale Schaltsignale über eine Output-Unit ausgegeben werden. Die blauen Laserprofilscanner Scan Control 2600BL und 2900BL eignen sich besonders für Messungen auf rot glühenden Metallen sowie (halb-)transparenten und organischen Materialien.
Laser-Profilmessung mit Scan Control
Häufige Fragen
Wie funktioniert ein Lasersensor?
Ein Lasersensor funktioniert, indem er einen Laserstrahl auf ein Objekt richtet und das reflektierte Licht misst, um Informationen über die Position, Abstand oder andere Eigenschaften des Objekts zu erhalten. Es gibt verschiedene Arten von Lasersensoren zur Entfernungsmessung, die auf unterschiedlichen Prinzipien basieren: Laser-Triangulation, Laser-Time-of-Flight, Laser-Doppler Effekt.
Was ist Laser Triangulation?
Triangulation ist ein Mess-Prinzip, bei dem Winkel in einem Dreieck verwendet werden, um die Position oder Entfernung eines Punktes zu bestimmen. Das Prinzip basiert darauf, dass in einem Dreieck, dessen Seitenlängen und Winkel bekannt sind, die Position der Eckpunkte eindeutig bestimmt werden kann. In der praktischen Anwendung, insbesondere bei der Laser-Triangulation, wird ein Laserstrahl auf ein Objekt gerichtet und der reflektierte Strahl von einem Detektor erfasst. Aus dem Winkel zwischen dem ausgesendeten und dem reflektierten Strahl sowie der bekannten Distanz zwischen Laserquelle und Detektor lässt sich die Entfernung zum Objekt berechnen.
Was machen Lasertriangulationssensoren?
Lasertriangulationssensoren messen die Entfernung zu einem Objekt, indem sie die Winkel-Abweichung des reflektierten Laserstrahls auswerten. Der Sensor emittiert einen Laserstrahl, der auf das Objekt trifft und zum Sensor zurückreflektiert wird. Die Position des reflektierten Strahls auf einem Detektor gibt die Entfernung zum Objekt an.
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Christian Kämmerer, MBA ist
Produktmanager Laser-Profilscanner bei der Micro-Epsilon Messtechnik GmbH +Co. KG, Ortenburg.