Messprinzip

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Laser Triangulation

Das Gerät nimmt Höhenprofile und Höhenbilder nach dem Prinzip der Lasertriangulation auf. Bei diesem Verfahren wird eine Laserlinie aus einer Richtung auf das Zielobjekt projiziert. Der Bildsensor betrachtet das Objekt aus einem anderen, aber bekannten Winkel. Das resultierende Sensorbild wird vom integrierten Prozessor ausgewertet und in ein einzelnes Höhenprofil umgewandelt. Wenn das Zielobjekt mit einer bestimmten Geschwindigkeit unter der Laserlinie bewegt wird, kann ein vollständiges Höhenbild erfasst werden. Die drei Punkte, Laser, Sensor und Ziel, sowie die Winkel und Abstände zwischen ihnen definieren die Triangulationsgeometrie.

Geometrische Abhängigkeiten

Es gibt drei Hauptgeometrien, auf denen das gesamte Gerät aufgebaut und kalibriert ist:

Sichtfeld (FOV)

Das Sichtfeld (FOV) ist abhängig von der eingebauten Optik des Geräts und dem Laserfächerwinkel des Lasers. Das Nah-Sichtfeld wird an der oberen Grenze des Z-Bereichs definiert und ist schmaler als das Sichtfeld. Das Fern-Sichtfeld wird an der unteren Grenze des Z-Bereichs definiert und ist breiter als das Sichtfeld.

Note

Die Laserlinie ist in der Regel breiter als das FOV. Dies ist aufgrund von Ungenauigkeiten an den Rändern der Laserlinie erforderlich.

Arbeitsabstand (WD)

Der Arbeitsabstand (WD) beschreibt den Nennabstand zwischen der Unterkante des Lasermoduls und der zu messenden Zielfläche. Die Genauigkeit der Messung ist immer dann am besten, wenn sie im Arbeitsabstand durchgeführt wird. Es ist jedoch ein Z-Bereich definiert, in dem die Zieloberfläche oder mehrere Oberflächen erscheinen können. Der gesamte Z-Bereich ist die Summe der Abstände zwischen dem Nahbereich und dem WD sowie zwischen dem WD und dem Fernbereich.

Dreieckswinkel

Der Triangulationswinkel beschreibt den Winkel zwischen dem vertikal ausgerichteten Laser und der geneigten Sensorebene.

Koordinatensysteme

Das Koordinatensystem des Geräts wird wie folgt beschrieben: Die X-Achse beschreibt die Breite der gemessenen Fläche entlang der Laserlinie, die Y-Achse beschreibt die Transportrichtung und die Z-Achse beschreibt die Höhenwerte entlang der Laserebene.

Die folgende Abbildung zeigt die typische Triangulationsgeometrie.

Auflösung

Die Auflösung des Sensors ist für jede Achse unterschiedlich:

ΔX : Auflösung entlang der Laserlinie und quer über das Ziel (lateral). Sie ist die FOV-Breite geteilt durch die Anzahl der Pixel des Imagers
ΔY : Auflösung senkrecht zur Laserlinie (Längsrichtung in Bewegungsrichtung). Sie ist direkt abhängig von der Messfrequenz und der Transportgeschwindigkeit.
ΔZ : Höhenauflösung. Die Laserlinie wird senkrecht auf die Objektoberfläche projiziert, während die Kamera das Objekt unter dem Triangulationswinkel betrachtet . Die Höhenauflösung kann näherungsweise wie folgt berechnet werden:

Verschlüsse

Eine wesentliche Einschränkung der Lasertriangulationsmethode ist die Sichtbehinderung. Wenn die Laserlinie für den Sensor nicht sichtbar ist, können keine Höhendaten erfasst werden. Es ist notwendig, das Zielobjekt zu analysieren und den Scanpfad zu planen, um Verdeckungen zu vermeiden. Die Verwendung einer Doppelkopf- oder Multisensorkonfiguration kann eine Lösung sein.

Gerätemodi und Algorithmen zur Spitzenerkennung

Dieses Kapitel beschreibt die allgemeine Funktionalität der implementierten Gerätemodi und Spitzenerkennungsalgorithmen. Das Gerät kann in einem 2D Areascan-Modus und einem 3D Linescan3D-Modus betrieben werden:

Areascan

Der Areascan-Modus ist der 2D-Bildmodus, in dem das Gerät ähnlich wie eine normale 2D-Kamera betrieben wird. In diesem Modus werden Graustufendaten mit einer Auflösung von 8 bis 10 Bit über die Geräteschnittstelle erfasst. Außerdem kann der Sensor in mehrere Bereiche unterteilt werden.

Linescan3D

Der Linescan3D-Modus ist der 3D-Modus, der Höhendaten liefert. Genau wie im Areascan-Modus kann der Sensor in mehrere Regionen unterteilt werden. Für jede Region ist es möglich, eine Scan3dExtraktion zu aktivieren. Der Linescan3D-Modus kann auf verschiedene Spitzenerkennungsalgorithmen eingestellt werden. In diesem Modus nimmt der Bildsensor ein Bild auf, aus dem der ausgewählte Algorithmus die Laserlinienposition spaltenweise extrahiert. Alle Laserlinienpositionen aus einem Bild werden als Profil bezeichnet. Es stellt einen Querschnitt des Zielobjekts dar. Das Gerät wiederholt diesen Vorgang für eine bestimmte Anzahl von Profilen, die dann zu einem Entfernungsbild zusammengefasst werden. Dieses Entfernungsbild stellt kein Bild des Zielobjekts im klassischen Sinne dar, sondern vielmehr eine Reihe von Höhenprofilen.

3D-Algorithmen