Berührungslose Lasermesssysteme

Laserscanner

OPTIscan

Der berührungslos arbeitende dimensionelle Laserscanner OPTIscan ist eine spezielle Ausführung eines OPTImess Aufnehmers. Der OPTImess Sensor basiert prinzipiell auf der Beobachtung eines Objektes an einem festen Ort; der OPTIscan arbeitet nach gleichem Prinzip, nur wird der Messpunkt entlang einer Linie erfasst.

Optiscan1

Im OPTIscan wird der Laserstrahl über ein optisches System in Form einer Linie auf dem Objekt abgebildet. Durch den Einsatz eines zweiten Spiegels auf derselben Achse wird der empfangene Strahl auf den Detektor gelenkt.

Dadurch ist es möglich, den vertikalen Abstand entlang einer Linie präzise zu vermessen. Die horizontale Position wird über ein Winkelmess-System an der Spiegeldrehachse ermittelt.

Der Einsatz dieses Sensortyps ist bei vielen Anwendungen sinnvoll, bei denen ein Standard OPTImess Aufnehmer horizontal durch eine Mechanik bewegt werden müsste. Für Anwendungen, bei denen die Scanbreite relativ klein ist (100mm), ist der Einsatz des OPTIscan möglich. Hierdurch ist eine Kosteneinsparung für ein aufwendiges mechanisches System möglich.

Die nachfolgenden Beispiele zeigen dem Anwender auf, welche Ausgangssignale der OPTIscan bei unterschiedlichen Anwendungen liefert.



Beispiel 1

In diesem Fall detektiert der OPTIscan die horizontale Lage "Xo" des Absatzes sowie dessen Höhe "Eo".

Optiscan2

Beispiel 2

Dieses Beispiel gleicht dem Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass hier OPTIscan und Objektoberfläche nicht parallel sind. Auch in diesem Fall ist es wie im Beispiel 1 möglich, "Xo" und "Eo" zu messen. Zusätzlich kann auch der Winkel gemessen werden. Dieser Winkel ist wichtig, wenn ein Roboter oder Manipulator zum Messobjekt ausgerichtet werden soll.

Optiscan3

Beispiel 3

Die aufgezeichneten Anwendungsfälle in diesem Beispiel sind Weiterführungen der vorherigen Beispiele, bei denen die zu messenden Oberflächen nicht mehr direkt aufeinander liegen. Mit dem OPTIscan ist es möglich, sowohl die Höhe "Ho" zu messen, als auch "Xo", "Eo" und "x".


Alle Parameter aus den Beispielen 1, 2 und 3 kann der Bediener direkt vom Ausgang des Sensors oder über eine OPTImess Datenverarbeitungseinheit (OPTIcontrol PC Einsteckkarte) erhalten.

Optiscan4

Beispiel 4

Die beiden unteren Skizzen zeigen Anwendungsfälle zur Schweißnahtverfolgung. Bei diesen Anwendungen wird der Ausgang des OPTIscan Sensors zur Führung des Schweißroboters benutzt.

Der OPTIscan kann gleichzeitig die Mittellinie der Schweißfuge; die Tiefe der Fuge und den Winkel zwischen Schweißkopf und Grundmaterial detektieren.

Optiscan5

Beispiel 5

Die unten skizzierten Beispiele zeigen eine andere Anwendung, bei der die Lage und Orientierung von Teilen während der Montage beobachtet werden muss (z.B. das Ausrichten von Armaturenbrettern oder Fahrzeugtüren). In beiden Fällen können die Parameter "H" und "x" genau bestimmt werden.

Optiscan6

AUTOMATISCHES POSITIONIERSYSTEM
ZUR MONTAGE VON AUTOMOBILTÜREN

Das beschriebene System positioniert automatisch während der Montage, wobei die folgenden Bedingungen überwacht werden:

  • Die Türunterseite muss parallel zum Chassis des Fahrzeuges sein

  • Die Spalte oberhalb und unterhalb der Tür muss gleich groß sein

  • Der Abstand der Tür zur mittleren Säule muss in der Höhe des Schlosses einen vorgegebenen Wert haben

Die untenstehende Skizze zeigt die Lage der Messpunkte an den vorderen und hinteren Türen des Fahrzeugs.

Türmontage 1

Tatsächlich ist das Messproblem identisch mit Beispiel 5. Vier OPTIscan Sensoren sind an einem Rahmen befestigt, den ein Roboter zum Greifen der Türen benutzt (siehe Skizze unten).

Türmontage 2

Nachfolgende Parameter können einfach bestimmt werden:

  • Der Drehwinkel, um welchen der Roboterarm geschwenkt werden muss, um die Unterseite der Tür parallel zum Chassis auszurichten

  • Die vertikale Bewegung (hoch und runter), die der Roboter ausführen muss, um den oberen und unteren Türspalt gleich groß zu machen

  • Die horizontale Bewegung (links oder rechts), die der Roboterarm ausführen muss, damit der Abstand Tür - Säule in Höhe des Schlosses den vorgegebenen Wert hat

In der Praxis, wo ein Roboter je Tür eingesetzt wird, werden vier Roboter pro Fahrzeug benötigt. Wir sind der Meinung, dass die beste Lösung - technisch und wirtschaftlich - der Einsatz von zwei Sensorgruppen (1 Gruppe für jede Seite) ist. Jede Gruppe besteht aus folgenden Baugruppen:

  • 8 oder 9 OPTIscan Sensoren (9 für den Fall, dass in einer Fertigungslinie sowohl 4-türige und 2-türige Typen des gleichen Fahrzeuges gefertigt werden, da 2-türige Fahrzeuge größere Fronttüren als 4-türige haben, wofür ein weiterer OPTIscan benötigt wird)

  • 1 digitale Verarbeitungseinheit mit einer Kommunikationseinheit für die Robotersteuerung

Es ist zu bemerken, dass dieses System auch in der Lage ist, die richtige Einbautiefe der Tür sicherzustellen (Position der Oberfläche der Tür relativ zur Oberfläche der restlichen Karosserie).

Für jeden der OPTIscan Sensoren sehen die Differenzen zwischen den Türkanten und der Karosserie wie folgt aus:

Türmontage 3

Technische Daten

OPTIscan

Messverfahren dynamische Triangulation
Messbereiche MB 16 mm bis 120 mm
Grundabstand (Stand Off) 150 mm bis 250 mm (Mitte Messbereich)
Scanlinie +/- 10 Grad
Scanfrequenz 0-20 Hz (mit Linearrampe)
Linearität (typ.) < +/- 0,05% d. MB
Auflösung 0,1% d. MB
Abtastrate bis 50 kHz
Bandbreite
(Sprungantwort -3dB)
bis 20 kHz
Messwertausgabe Abstand analog
+/- 5V; +/- 10V; 0-10V; 0-20mA; 4-20mA
Messwertausgabe Winkel analog
+/- 5V = +/- 5° (+/- 1%)
Spannungsversorgung +/- 15V 250 mA
Lichtquelle GaAlAs Laserdiode
670 nm (rot), 820 nm (infrarot)
Detektor CCD oder PSD Detektor (anwendungsabhängig)
Spotgröße (im Stand Off) 0,01 - 3 mm
Betriebstemperatur 0° - +40° C
Thermische Drift < 100 ppm d. MB./°C
Vibration 5 g (IEC 68-2-6)
Schock 25 g (IEC 68-2-27)
Betriebsdauer Laserdiode (typ.) 50 000 h
Schutzart IP 65
Abmaße (BxHxD) 140x120x60 mm
Gewicht 1200 g

Daten OPTIscan



Anwendungen:
Stahlindustrie I Reifen u. Gummiindustrie I Holzindustrie I Automobilindustrie I Straßenvermessung I Straßenbahn u. Eisenbahn I Qualitätssicherung I Roboterindustrie

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