Beleuchtung

Merkmale & Fehler sichtbar machen

Prinzip der Laser-Triangulation

Die Triangulation ist ein präzises und vielseitiges Messverfahren, das häufig in der Oberflächenmesstechnik eingesetzt wird. Eine Laserlinie spielt dabei eine zentrale Rolle. Diese Laserlinie wird in einem schrägen Winkel auf die zu untersuchende Oberfläche gerichtet. Auf der Oberfläche erzeugt der Laser eine gut sichtbare Linie.

In Bereichen, in denen das Objekt tiefer liegt, trifft der Laserstrahl an einer etwas anderen Stelle auf die Oberfläche. Dieser Linienversatz entsteht durch die Höhenunterschiede des Messobjektes. Der Versatz der hellen Laserlinie im Bild kann nun mit einer Kamera erfasst und ausgewertet werden.

Die Kamera nimmt das reflektierte Laserlicht auf und ermöglicht die genaue Positionsbestimmung der Laserlinie. Aus den Positionsänderungen der Laserlinie lässt sich die Topographie der Oberfläche exakt ableiten.

Anordnung von Laser und Kamera zur Höhen-Triangulation

3D-Messtechnik mittels Laser-Triangulation

Das Prinzip der Lasertriangulation wird durch den Einsatz von 3D-Triangulationskameras und Lasern perfektioniert. Dabei wird das Prüfobjekt unter einem Kamera-Laser-System kontinuierlich bewegt und eine Vielzahl von Triangulationsprofilen erzeugt.

Aus der Auslenkung der einzelnen Linienprofile kann dann mit Hilfe komplexer Softwarealgorithmen ein dreidimensionales Bild des Körpers berechnet werden.

Hochwertige Lasertriangulationssysteme sind metrisch kalibriert und ermöglichen somit eine metrisch korrekte Messung im 3D-Raum.

Weitere Informationen finden Sie im Kapitel 3D-Laser-Triangulationssysteme.

Mathematische Grundlage der Höhenberechnung

Ist der Winkel zwischen Kamera und Laser und der Linienversatz bekannt, kann die Bauteilhöhe mit einfachen trigonometrischen Formeln (rechtwinkliges Dreieck) berechnet werden.

Trifft der Laser sehr flach auf das Objekt, so erzeugen schon kleinste Höhenunterschiede einen starken Versatz der Linien, allerdings ist der Höhenbereich der Detektion gering. Schon Zehntelmillimeter Differenz sind in der Praxis ohne besonderen Aufwand leicht feststellbar. Bei besonders kleinen Messbereichen kann die Höhe sogar im Mikrometerbereich bestimmt werden. Bei steilen Winkeln ist die Messgenauigkeit gering, es können aber große Höhenunterschiede erfasst werden.

Eckiges Profil

Schräg einfallende rote Laserlinie trifft auf ein Bauteil mit eckigen Kanten.

Abgerundet

Gleicher mechanischer Aufbau, Bauteil jetzt mit abgerundeten Profilkanten.

Laser und Speckle-Erscheinungen

Probleme bei der Auswertung von Laserlinien und anderen Projektionsmustern können durch so genannte "Speckles" entstehen. Dieser Begriff beschreibt körnige, für das Auge flimmernde Lichtsprenkel, die auf rauen Oberflächen von Papier, Holz, Kunststoffen und Metallen auftreten. Ursache ist das kohärente Licht des Lasers, bei dem die Lichtwellen alle in die gleiche Richtung und mit der gleichen Frequenz und Phase schwingen. An Unebenheiten und Oberflächenstrukturen wird das kohärente Laserlicht reflektiert und gleichzeitig werden die Phasen des Lichts verschoben. Diese Überlagerungen führen zu dreidimensionalen Interferenzen, die vom menschlichen Auge, das sich ständig bewegt, verstärkt wahrgenommen werden. Sie sind aber auch im Kamerabild noch deutlich sichtbar.

Eine Laserlinie wird also nicht mehr als scharfer Strich, sondern als unscharfe, fleckige Linie dargestellt. Dies kann bei Messanwendungen oder 3D-Triangulationssystemen für die nachfolgende Bildverarbeitung störend sein.

Mit Hilfe von Superlumineszenz-Laserdioden kann eine geringere zeitliche Kohärenz des Lichts erzeugt werden, was zu weniger Speckles führt. Dies wiederum führt zu homogeneren und schärferen Linien und damit zu besseren Auswertungen. Für hochauflösende Anwendungen sollten unbedingt Laser mit geringem Speckles-Anteil verwendet werden!

Bei der Lasertriangulation und der Aufnahme kompletter Punktwolken ist das Problem der Speckle nicht mehr so wichtig: Da die Aufnahme meist nicht mehr statisch (als Einzelprofil), sondern kontinuierlich in Bewegung erfolgt, sind die Speckle-Effekte stark reduziert und spielen daher eine untergeordnete Rolle.

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