optoNCDT - Lasersensoren

05.07.2012

Lasersensoren zur optischen Distanzmessung im industriellen Umfeld. Die Sensoren werden inline oder im Labor verwendet. Elf Serien ermöglichen einen äußerst flexiblen Einsatz für ein breites Anwendungsspektrum.

Bei diesem Messprinzip projiziert ein Laser auf die zu messende Oberfläche einen Lichtfleck, der mit einer lichtempfindlichen Empfangszeile beobachtet wird. Ändert sich der Abstand zwischen Sensor und Oberfläche, so ändert sich dadurch auch der Winkel, unter dem die Empfangszeile den Lichtfleck aufnimmt. 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.

Dass genügend Licht auf der Empfangszeile auftrifft, ist davon abhängig, mit welcher Intensität der Laser leuchtet, wie lange die Belichtungszeit ist und welchen Reflexionsgrad das Messobjekt aufweist. Ist in einem Lasersensor keine Belichtungsregelung integriert, gehen sich ändernde Reflexionseigenschaften direkt in die Ermittlung der Abstandsinformation ein. Deshalb ist gerade bei starken Reflexionsunterschieden, wie sie beispielsweise bei Weiß-Schwarz Übergängen auftreten, eine Regelung unabdingbar.

Belichtungsregelungssysteme

Marktübliche Lasertriangulations-Sensoren arbeiten mit einer zeitversetzten Software-Routine, die auf bereits abgeschlossenen Messvorgängen aufbaut. Dabei wird aus dem Reflexionsgrad der letzten Messungen auf den Reflexionsgrad der nächsten Messung geschlossen. Das bedeutet, wenn das Objekt unter dem Laser bewegt wird und eine Änderung der Reflexion auftritt, dauert es in der Regel einige abgeschlossene Messzyklen, bis sich die Belichtung auf den neuen Reflexionsgrad der Oberfläche eingeregelt hat. In der Zwischenzeit bewegt sich das Objekt weiter und bei den gewonnenen Messpunkten sind die Über- und Unterschwinger der gängigen Belichtungsregelung im Messsignal zu sehen. Das heißt, während dieser Regelungsphase entspricht das Signal bei Überbelichtung nicht dem Abstand und bei Unterbelichtung fehlen Messwerte im Signal. Je mehr Übergänge ein Messobjekt hat, desto mehr muss der Sensor die Belichtung regeln und desto weniger wird das Messsignal brauchbar. Als Beispiel hierfür kann eine Messung über schwarzem Druck auf weißem Grund genommen werden.

 

Einen ganz anderen Ansatz für die Regelung der Objektreflexion bietet das Unternehmen Micro-Epsilon. Die aus ihrem Hause stammenden höherwertigen Lasersensoren sind mit der sogenannten „RTSC“-Funktion (Real Time Surface Compensation) ausgestattet. Diese Regelungsart ist hardwareseitig realisiert und greift schon in den Belichtungsprozess ein. Die RTSC sorgt für optimale Signalqualität schon vor der internen Digitalisierung der Empfangswerte. Die aktive Belichtungszeitregelung ist für die optimale Aussteuerung jedes einzelnen Messpunktes ohne Verzögerung verantwortlich. Die Echtzeitregelung gewährleistet stets optimale Messergebnisse, auch bei schnell wechselnden Oberflächeneigenschaften. Praktische Beispiele dafür sind bedruckte oder angerostete Oberflächen. Aber auch bei unterbrochenen Oberflächen, bei denen an Kanten und Löchern keine gültige Messung statt finden kann, ist es wichtig, dass nach der Rückkehr in den Messbereich sofort wieder gültige Messwerte ohne Einschwingvorgänge zur Verfügung stehen.

Das bedeutet für schnelle Messungen, bei denen schon vor möglichen Korrekturen oder Mittelungen ohne Beeinflussung durch die Oberfläche ein hochwertiges Signal vorliegen muss, sollte auf einen Sensor mit RTSC zurückgegriffen werden.