Piezogesteuerte Lasertriangulationseinrichtung für kleine Dimensionen*

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1 Piezogesteuerte Lasertriangulationseinrichtung für kleine Dimensionen* T. Kessler, G. Stanke Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik Rudower Chaussee Berlin * Das Projekt wurde vom BMWi unter der Nr. IW im Programm INNO-WATT gefördert

2 Motivation schnelle partielle 3D-Vermessung kleiner Körper Anwendung z.b. für die Koplanaritätskontrolle von Anschlussbeinchen kleine zu prüfende Bereiche in verschiedenen Bildausschnitten Fläche von 5x5 bis 20x20 mm 2 Arbeitsabstand ca. 100 mm Erfassung von im Wesentlichen flachen Geometrien

3 Angestrebte Eigenschaften Grundlage für eine selbständige Messeinheit für die Qualitätskontrolle geeignet für industrielle Umgebung kompakte Einheit möglichst hoher Prüftakt durch kürzeste Messzeiten keine Lösung des Hinterschneidungsproblems keine komplette Erfassung der Oberfläche

4 Beispiele für bestehende Lösungen 1. klassische 3D-Erfassung : strukturiertes (codiertes) Licht, erfordert Sequenz von Mustern aufwändige Auswertung nicht einfach in die Kamera integrierbar 2. Lasertriangulation (Laserfächer) Untersuchungsobjekt wird linear bewegt 3D-Kameras (Laserschnittsensor) verfügbar erfordert Vorschub des Untersuchungsobjekts 3. n....

5 Idee Lasertriangulation (schnelle Profildetektion) Messobjekt fest Kameraposition fest - Laserfächer gesteuert, Winkel der Laserprojektion wird variiert Laserablenkung durch piezoverstellbaren Spiegel Kamera- Intelligenz optional Einsatz verfügbarer Technik

6 Kamera 2. Objekt 3. Laser 4. Drehachse 4 5. Kippspiegel 6. Stellelement 5 7. Einhausung Prinzipskizze

7 2-Achsen-Piezo-Kippspiegel PI S-334 Quelle:

8 α/grad D/mm L/mm X/mm ,68 74, ,16 71, ,71 68, ,33 66, ,02 63,51 Kippspiegel α Kamera ,77 60, ,58 58, ,46 56, ,39 53,65 D L Lasertiefenbereich/mm Scanbereich/mm 10,30 20,55 X Objekt Simulation der Scanparameter

9 Piezo-Kippspiegel mit Steuerelektronik (PI + Eigenbau der Rechnerschnittstelle)

10 mrad Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e. V. 0,045 0,040 0,035 Nichtlinearität Diagonale +X+Y Nichtlinearität der Strahlpositionierung auf 100 mm Distanz: 0,030 0,025 0,020 2 * 0.042E-3 * 100 mm = 8.4µm 0,015 0,010 0,005 0,000 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 Steuerspannung / V Nichtlinearität der Spiegelpositionierung

11 Tiefenschärfe des verwendeten Lasers (gestrichelte Kurve) Quelle:

12 Aufbau der Messeinrichtung

13 Softwaremodule (Entwicklung unter LabVIEW) Piezoansteuerung (linearisierter Scan) Bilderfassung Profildetektion und -entzerrung Darstellung von Grauwert- und Tiefenbild

14 Grauwertbild Tiefenbild Beispielscan

15 Foto Grauwertbild Tiefenbild SIM-Karten-Kontaktelement Profilschnitt

16 Grauwertbild Tiefenbild Betonprobe hochdruckwassergestrahlt (Tiefenbereich 0,5 mm)

17 Grauwertbild Tiefenbild Betonprobe mit Poren und transparenten Zuschlagstoffen Oberfläche geschliffen

18 Erzielte Eigenschaften Messfläche 20 mm x 20 mm Tiefenauflösung 20 µm (abhängig vom Material) laterale Auflösung 35 µm beliebige Positionierung der Laserlinie innerhalb 10 ms kompletter Scan in 10 ms (nur Laser) Platzbedarf 15 x 17 x 4 cm 3