08 Laser-Triangulation

Question 1

Laser-Triangulation

- Prinzip

Answer 1

◼ absolute Abstandsmessung zu einem Punkt auf der Oberfläche eines Messobjekts von einer Referenzebene
◼ am Auftreffort des Laserstrahls wird das Licht gestreut; der Leuchtfleck wird unter einem Winkel
beobachtet und mit einem Objektiv auf einen ortsauflösenden Detektor abgebildet
◼ Detektor: CCD-Zeile oder Lateraleffektdiode
◼ Lage des abgebildeten Leuchtflecks auf dem Detektor hängt von
der Position des Werkstücks in 𝑧-Richtung ab
◼ aus der gemessenen Position des abgebildeten Leuchtflecks, der
bekannten Abbildungsgeometrie und Einstrahlrichtung wird der
Abstand ermittelt
◼ Laserstrahlquellen: Halbleiterlaser mit Wellenlängen im roten bis
blauen Spektralbereich; hohe Strahlqualität; Strahlleistung elektrisch
steuerbar → Anpassung an unterschiedliche Streueigenschaften der
Oberfläche des Messobjekts
◼ Bandpassfilter vor dem Detektor zur Unterdrückung des Umgebungslichts
oder des Eigenleuchtens eines Messobjekts

Question 2

Scheimpflug-Bedingung

Answer 2

Detektor wird relativ zur optischen Achse des Objektivs geneigt, damit Leuchtfleck für unterschiedliche Abstände
abgebildet wird

Neigung des Detektors ist so zu wählen, dass sich
die Einfallsrichtung, die 𝑢-Achse in der Objektivebene
und die Gerade, auf die der Detektor ausgerichtet ist,
in einem Punkt schneiden.

Question 3

Linsengleichung
&
Abbildungsgleichung

Answer 3

1/𝑔+1/𝑏 = 1/𝑓
(𝑔 Gegenstandsweite, 𝑏 Bildweite, 𝑓 Brennweite)

𝐵/𝐺 = 𝑏/𝑔
(𝐵 Bildgröße, 𝐺 Gegenstandsgröße)

Question 4

Einflussgrößen bei der Laser-Triangulation

Answer 4

Messunsicherheit und Auflösungsvermögen werden beeinflusst durch:
◼ Strahlverlauf, Gaußscher Strahl
◼ Auflösungsvermögen (Folge der Fleckgröße)
◼ Form des abgebildeten Leuchtflecks
◼ Eigenschaften der Objektoberfläche, Streueigenschaften
◼ Abbildungsfehler
◼ Mehrfachstreuung
◼ Detektor und Signalauswertung
◼ Auswirkung des Speckle-Effekts
◼ atmosphärische Einflüsse

Question 5

Auflösungsvermögen

- Formel: maximale Zahl 𝑁 der unterscheidbaren Messpositionen

Answer 5

𝑁 = 𝑀𝑧/Δ𝑧 = 2𝑧_𝑅tan(𝛼) /𝑤_0 = sqrt(4𝜋𝑧_𝑅/𝜆) * tan(𝛼) = 2𝜋𝑤_0/𝜆 *tan(𝛼)

Question 6

Theoretische untere Grenze der Messunsicherheit in 𝑧-Richtung

Answer 6

Δ𝑧 = 0,22* 𝜆/(2sin(𝛼)sin(𝛽))