Lasermesstechnik
Synonyme: Lasermesssysteme
Definition
Lasermesstechnik dient zur berührungslosen dimensionellen Messung, Formmessung und Oberflächenmessung von Werkstücken durch Lasersensoren. Stärke der Lasermesstechnik ist die schnelle punktförmige 1D-Abstandsmessung sowie die Messung von 2D-Höhenprofilen und von 3D-Höhenbildern von Werkstücken mit fast beliebiger Oberfläche und Geometrie, wobei im Vergleich zur taktilen Messtechnik eine erheblich schnellere Messung möglich sein kann.
Lasermessköpfe messen Abstände nach dem Triangulationsprinzip bzw. Lichtschnittverfahren mit typischen Auflösungen im Mikrometerbereich. Durch die immer höhere Genauigkeit und Leistungsfähigkeit können z. B. bei Lasertriangulationssensoren die Grenzen zwischen Lasersensoren und Lasermessköpfen fließend sein. Lasermessköpfe dienen als Komponenten zum Aufbau von Messmaschinen, die in der Praxis auch mit anderen Sensortypen kombiniert ausgerüstet werden.
Konfokale Sensoren und Interferometer bieten über die Messung des Fokuspunktes bzw. von Interferenzmustern sehr hohe Auflösungen bis in den Nanometerbereich und werden z. B. in Oberflächenmessmaschinen eingesetzt.
Funktionsprizip
Zur Abstandsmessung nach dem Triangulationsprinzip wird mit dem Laserstrahl ein Punkt oder ein durch eine Optik zur Linie aufgeweiteter Lichtstreifen auf das Messobjekt projiziert. Die Reflexion des Laserstrahls wird von einem photoelektrischen Sensor erfasst, der in einem festen schräg versetzen Winkel angeordnet ist. Über die Position des empfangen Laserstrahls auf einer Zeilen- oder Flächenkamera lässt sich über den bekannten Triangulationswinkel der punktförmige Abstand zum Messobjekt bzw. dessen zweidimensionales Höhenprofil errechnen. 3D-Anwendungen lassen sich realisieren, indem z. B. der Sensor über die Oberfläche verfahren und das zweidimensionale Höhenprofil eines Objekts Stück für Stück abgescannt wird. Anschließend werden die einzelnen Höhenprofile zu einem dreidimensionalen Koordinaten-Datensatz verrechnet.
Die hochpräzise Abstandsmessung bei konfokalen Sensoren erfolgt über die Einstellung des Fokuspunkts auf dem Messobjekt oder bei Laser-Interferometern über die Verschiebung der Wellenlänge des von der Messoberfläche reflektierten Lichts.
Einsatzbereich
Die Lasermesstechnik wird vorwiegend zur Abstandsmessung eingesetzt und bietet ein schnelles berührungsloses Verfahren zur 100-%-Messung sowie zur 2D- und 3D-Geometrieerfassung von Werkstücken beliebiger Geometrie und Oberflächen unabhängig von Farbe, Werkstoff und Lichtverhältnissen. Einsatzbereiche sind die Prozesskontrolle, 100-%-Prüfungen, Qualitätskontrollen durch Stichproben und die statistische Prozessregelung.
Lasermessköpfe sind grundsätzlich universell einsetzbar und dienen zum Aufbau von Messanwendungen und Lasermessmaschinen. Aufgaben sind die geometrische Kontrolle von Grobgestaltabweichungen sowie die zwei- und dreidimensionale Geometrieerfassung von Modellen in der Koordinatenmesstechnik.
Dank der sehr hohen Auflösungen bis in den Nanometerbereich werden konfokale Sensoren und Interferometer zur Kontrolle von Feingestaltabweichungen z. B. in Oberflächenmessmaschinen für Welligkeits- und Rauheitsmessungen eingesetzt.
Anwender sind der interne Betriebsmittelbau, Hersteller von Mess- und Prüfanlagen sowie der Labor- und Forschungsbereich. Anwenderbranchen sind die Automobilzuliefer- und Automobilindustrie, Elektronikhersteller, die Luftfahrtindustrie und viele andere Branchen.