Lasertriangulationssensoren

Die in der Automatisierungstechnik häufig verwendeten Triangulationssensoren funktionieren nach folgendem Prinzip: Laserstrahl und Achse der Abbildungsoptik des Sensors schließen einen Winkel von einigen 10 Grad ein. So wird ein Dreieck zwischen Laserquelle, Messpunkt und Sensor gebildet, aus dem der gesuchte Abstand über Winkelbeziehungen ermittelt wird (Abb. 8b). Das Messergebnis hängt stark von der Struktur und vom Neigungswinkel der Oberfläche ab. Dies führt zu relativ großen Messunsicherheiten, die einen Einsatz nur für weniger genaue Messaufgaben gestatten.

Bessere Ergebnisse lassen sich mit Sensoren erzielen, die nach dem Foucault-Prinzip funktionieren (Abb. 20). Foucault-Lasersensoren (WLP: Werth Laser Probe) nutzen den Öffnungswinkel der Abbildungsoptik des Sensors als Triangulationswinkel. Ein Laserstrahl wird durch eine im Strahlengang befindliche Foucault’sche Schneide »abgeschnitten« und unter dem durch die Objektivapertur bestimmten Triangulationswinkel auf das Objekt abgebildet. Die Signalauswertung erfolgt z. B. über Differenzfotodioden. Die auf diesem Wege ermittelten Abweichungen von der Nulllage des Lasersensors können zum Nachregeln in der entsprechenden Achse des Koordinatenmessgeräts genutzt werden. Das Messergebnis ergibt sich aus der Überlagerung der Messwertedes Lasersensors und des Koordinatenmessgeräts. Auch bei diesem Sensortyp beeinflussen die Materialoberfläche und Oberflächenneigung das Messergebnis erheblich, sodass eine Korrektur dieser Einflussgrößen erforderlich ist. Mit geeigneter Software wird jedoch die Messunsicherheit so weit verringert, dass sie den Anforderungen hochgenauer Koordinatenmessgeräte genügt.

Laserliniensensoren (z. B. Werth LLP: Laser Line Probe) funktionieren ähnlich wie die oben beschriebenen punktförmig antastenden Triangulationssensoren. Der Laserstrahl wird durch einen in den Sensorkopf integrierten bewegten Spiegel, z. B. einen rotierenden Polygonspiegel oder einen Schwingspiegel, in eine lateral schwingende Bewegung versetzt und so eine Linie erzeugt (Abb. 19b, S. 26 Flächensensoren mit Musterprojektion). Alternativ kann diese linienförmige Aufweitung des Laserstrahls mit einer speziellen astigmatischen Optik (Zylinderlinse) erzeugt werden. Die Auswertung erfolgt durch eine Matrixkamera, sodass man für viele Punkte »gleichzeitig« ein durch Triangulation ermitteltes Messergebnis erhält. Dadurch wird ein Schnitt (Lichtschnitt) auf der Oberfläche des Messobjekts gemessen. Zum Erfassen einer dreidimensionalen Oberfläche bewegt man den Sensor mit dem Koordinatenmessgerät senkrecht zur Schnittebene. Dieser Sensor erlaubt die schnelle Messung auch größerer Flächen mit einer relativ großen Messunsicherheit von einigen 10 µm. Die Anwendung dieses Sensorprinzips konzentriert sich deshalb auf Gehäuse- und Verkleidungsteile mit Flächen, die vorrangig nach ästhetischen Gesichtspunkten konstruiert werden. Diese Teile sind meist relativ grob toleriert und bieten die Möglichkeit, Softwarefilter zur Glättung der Messergebnisse einzusetzen. Die Ergebnisse werden meist im Vergleich zu den CAD-Daten bewertet (s. Abb. 53, S. 82 Vergleichen zu CAD-Daten).