Laserpunktsensoren

Das Messprinzip eines Laserpunktsensors beruht darauf, dass ein mittels eines Lasers (meist eine Laserdiode) erzeugter Lichtstrahl auf das zu messende Objekt projiziert wird. Der reflektierte Lichtfleck wird auf einen opto-elektronischen Sensor abgebildet. Mit einem geeigneten Verfahren wird auf die Lage des zu messenden Punkts geschlossen. Die meisten bekannten Verfahren fallen unter die beiden Kategorien interferometrische und Triangulationsverfahren (s. Abb. 6). Die in der Automatisierungstechnik häufig verwendeten Triangulationssensoren funktionieren nach folgendem Prinzip: Laserstrahl und Achse der Abbildungsoptik des Sensors schließen einen Winkel von einigen zehn Grad ein. So wird ein Dreieck zwischen Lasersender, Messpunkt und Sensor gebildet, aus dem der gesuchte Abstand über Winkelbeziehungen ermittelt werden kann (Triangulation). Das Messergebnis hängt stark von der Struktur und vom Neigungswinkel der Oberfläche ab. Dies führt zu relativ großen Messunsicherheiten, die einen Einsatz nur in weniger genauen Koordinatenmessgeräten gestatten.
Bessere Ergebnisse lassen sich mit Lasersensoren erzielen, die nach dem Foucault-Prinzip funktionieren (Abb. 15). Sie nutzen den Öffnungswinkel der Abbildungsoptik des Sensors als Triangulationswinkel. Statt eines Laserspots wird eine im Strahlengang befindliche Foucault’sche Schneide auf das Objekt abgebildet. Die Signalauswertung erfolgt über Differenzfotodioden. Die auf diesem Wege ermittelten Abweichungen von der Nulllage des Lasersensors werden zum Nachregeln in der entsprechenden Achse des Koordinatenmessgeräts genutzt. Das Messergebnis ergibt sich aus der Überlagerung der Messwerte des Lasersensors und des Koordinatenmessgeräts.

Abb. 15: Lasersensor nach dem Foucault-Prinzip mit integriertem Bildverarbeitungssensor, dessen Beleuchtungssystem nicht dargestellt ist.

Auch bei diesem Sensortyp beeinflussen die Materialoberfläche und Oberflächenneigung das Messergebnis erheblich, so dass eine Korrektur dieser Einflussgrößen erforderlich ist. Mit einer geeigneten Software kann jedoch die Messunsicherheit soweit verringert werden, dass sie den Anforderungen hochgenauer Koordinatenmessgeräte genügt. Im praktischen Einsatz wird ein solcher Foucault-Lasersensor vorzugsweise in den Strahlengang eines Bildverarbeitungssensors integriert. Somit kann ohne mechanische Bewegung zwischen beiden Sensoren umgeschaltet werden. Im manuellen Betrieb kann man die Laserantastung darüber hinaus gut visuell beobachten.
Der Vorteil des Laserpunktsensors gegenüber den oben beschriebenen Fokusverfahren liegt in der erheblich höheren Messgeschwindigkeit. Pro Sekunde können einige Hundert bis Tausend Punkte gemessen werden. Diese Sensoren eignen sich somit auch zum Scannen von Oberflächenprofilen.
Zur Kategorie der interferometrischen Verfahren gehört der conoscopische Sensor. Er eignet sich gut für Koordinatenmessgeräte mit etwas geringeren Genauigkeitsanforderungen.