Prinzip der Triangulation

Die Laserlinie wird in schrägem Winkel auf die Oberfläche gerichtet.  Dort trifft sie auf die Oberfläche auf und erzeugt eine sichtbare Linie. In Bereichen nebenan, wo das Objekt niedriger ist, trifft der Strahl etwas versetzt auf. Mit Hilfe einer Kamera kann dieser Linienversatz der hellen Laserlinien im Bild bestimmt werden.

Anordnung von Laser und Kamera zur Höhen-Triangulation

Kennt man den Winkel zwischen Kamera und Laser und den Linienversatz, kann mit einfachen trigonometrischen Formeln (rechtwinkliges Dreieck) die Bauteilhöhe berechnet werden:

Mathematische Grundlage der Höhenberechnung

Trifft der Laser sehr flach auf das Objekt, erzeugen schon kleinste Höhenunterschiede einen starken Versatz der Linien, allerdings ist der Höhenbereich der Erfassung gering. Schon Zehntel Millimeter Differenz sind spielend in der Praxis ohne besonderen Aufwand detektierbar. Bei steilem Winkel ist die Messgenauigkeit gering, dafür sind große Höhendifferenzen erfassbar.

Eckiges Profil

Schräg eingestrahlte, rote Laserlinie trifft auf Bauteil mit eckigen Kanten.

Abgerundet

Derselbe mechanische Aufbau, Bauteil jetzt mit abgerundeten Profilkanten.

Das Prinzip der Laser-Triangulation wird beim Einsatz von 3D-Triangulations-Kameras und Lasern zur Perfektion gebracht. Dabei wird das Prüfobjekt kontinuierlich unter einem Kamera-Laser-System fortbewegt und eine Vielzahl von Triangulations-Profilen erzeugt. Aus der Auslenkung der einzelnen Linienprofile kann dann mit Hilfe komplexer Software-Algorithmen ein dreidimensionales Bild des Körpers errechnet werden.

Laser und Speckle-Erscheinungen

Probleme bei der Auswertung von Laserlinien und anderen Projektionsmustern können durch so genannte "Speckles" (engl. Sprenkel, Flecken) erscheinen. Dieser Ausdruck beschreibt die körnig, für das Auge glitzernd wirkenden Lichtsprengsel, die an rauen Oberflächen von Papier, Holz, Kunststoffen und Metallen auftreten. Ursache hierfür ist das kohärente Licht des Lasers, bei dem die Lichtwellen alle in die gleiche Richtung und mit gleicher Frequenz und Phase schwingen. Die Unebenheiten und Oberflächentexturen führen zu einer Reflexion des kohärenten Laserlichts und einer gleichzeitigen Verschiebung der Lichtphasen. Diese Überlagerungen führen zu dreidimensionalen Interferenzen, die vom menschlichen Auge verstärkt wahrgenommen werden, da dieses sich fortlaufend bewegt. Aber auch im Kamerabild sind diese immer noch deutlich sichtbar.

Eine Laserlinie wird daher nicht mehr als scharfer Strich abgebildet, sondern als fleckig-unscharfe Linie. Diese können bei Messapplikationen oder 3D-Triangulationssystemen störend für die anschließende Bildverarbeitung sein.

Mit Hilfe von Superlumineszenz-Laserdioden kann eine verminderte zeitliche Kohärenz des Lichts erzeugt werden, was zu weniger Speckles führt. Dies führt wiederum zu homogeneren und schärferen Linien und damit zu verbesserten Auswertungen. Setzen Sie unbedingt für hoch auflösende Applikationen specklearme Laser ein!