Automatisierung

Laser-Scanner zur 2D/3D-Profilmessung

02.11.2022 - Laser-Linien-Scanner: von intelligenter 3D-Auswertung bis hin zu hochpräzisen Punktewolken

Eine neue Generation von Laserscannern soll überzeugen – sowohl bei der 2D-Profilmessung als auch bei der Erfassung und Auswertung von 3D-Punktewolken. Beispiele veranschaulichen, was die Scanner wirklich können. 

Die Laserscanner ScanControl von Micro-Epsilon sollen eine ausgezeichnete Signalstabilität und dadurch präzise Messergebnisse erzielen. Durch die hohe Profilrate mit bis zu 10 kHz eignen sich diese Sensoren für dynamische Messaufgaben, die eine hohe Profilauflösung mit bis zu 2.048 Punkten/Profil für die Erfassung kleiner Details erfordern. Je nach Anwendung stehen verschiedene Messbereiche zur Verfügung. Abhängig vom Messobjekt werden Scanner mit rotem Laserlicht oder mit der patentierten Blue-Laser-Technologie eingesetzt.

Für Profilmessungen eignen sich die Laserscanner der Reihe ScanControl Smart. Diese verarbeiten 2D-Messaufgaben im integrierten Controller. Typische Messaufgaben sind die Erfassung und Bewertung von Profil, Breite, Höhe, Tiefe, Kante, Raupe, Spalt, Winkel, Rundheit u.v.m. Aufgrund ihrer Technologie sind Laserscanner von Micro-Epsilon Messtechnik in zahlreichen Branchen zu finden. Durch den integrierten Controller und die kompakte Bauform können die Scanner auch in kleine Bauräume integriert werden. Die Konfiguration erfolgt über die ScanControl-Configuration-Tools-Software. Diese bietet über 40 Messprogramme mit insgesamt mehr als 90 Auswertungen. Die Programme werden auf den Scanner übertragen, der im Stand-alone-Betrieb die Messung, Bewertung und Ausgabe übernimmt.

2D-Profilauswertung im Sensorkopf beim 3D-Betondruck

Smarte Micro-Epsilon Laser-Profil-Scanner werden zur Prozessregelung beim 3D-Betondruck eingesetzt. Die Scanner lassen sich direkt an einem Roboter montieren und messen den Betonstrang unmittelbar nach dem Auftrag. Durch große Messbereiche sowie die integrierte Signalberechnung und Auswertung wird der komplette Strang schnell und präzise vermessen und das bewertete Messsignal direkt an die Steuerung übertragen. Diese schnelle und direkte Auswertung ermöglicht eine unmittelbare Prozessregelung, um zum Beispiel die Vorschubgeschwindigkeit oder die Auftragsmengen zu variieren und damit das Druckergebnis zu verbessern. Die Kombination aus hoher Dynamik, kompakter Baugröße und geringem Sensorgewicht prädestiniert die Sensoren für die Anwendung am Roboter. 
 

2D-Profilmessung von Schienen beim High-Speed-Grinding

Zur Profilüberwachung während des Schleifens von Schienen werden ebenfalls ScanControl-Laserscanner eingesetzt. Das Unternehmen Vossloh ist weltweit führend im Bereich der Bahntechnik. Einer der Schwerpunkte ist die Instandhaltung von Schienen. Dafür setzt Vossloh unter anderem sein High-Speed-Grinding-Verfahren ein, bei welchem Schienen bei Fahrtgeschwindigkeiten von bis zu 80 km/h geschliffen werden. Während des Schleifvorgangs ist eine präzise Profilvermessung von großer Bedeutung. Für diese Messungen setzt Vossloh auf Laserscanner von Micro-Epsilon. Die Scanner messen die Schienenquer- und Längsprofile, die Rillengeometrie und die Spurweite. Die ermittelten Messwerte werden im laufenden Betrieb an die Schleifzüge weitergegeben. Damit kann das Schleifprogramm auf Basis der Messergebnisse angepasst werden. Des Weiteren erfolgt dadurch eine Rückmeldung zur Schleifqualität. 

2D-Profilmessungen in der Batterieproduktion

Die ScanContol-Sensoren sind vielseitig anwendbar. Beispielsweise prüfen die Scanner Schweißnähte und Kleberaupen auf Batteriegehäusen, um Fehlstellen direkt zu erkennen. zudem überwachen die Scanner die Bahnkanten von Batteriefolien, bei der die Randüberhöhung an den Beschichtungskanten von Kathoden und Anoden überwacht wird. 

Auch bei der Ausrichtung der Rundzellen im Montageprozess von Batterien sind Laserscanner erforderlich. Hierbei spielen die korrekte Ausrichtung sowie die Höhe der einzelnen Zellen zueinander eine wichtige Rolle. Bei dieser Anwendung werden die Zellen mit den ScanControl-Profilsensoren gescannt. Grenzwerte werden direkt in der Configuration Tools Software definiert und im Scanner hinterlegt. Die bewerteten Messdaten lassen sich direkt an die Anlagensteuerung ausgegeben.  

3D-Messungen

Neben der 2D-Profilerfassung eignen sich die ScanControl-Laserscanner auch für 3D-Messaufgaben. Die Sensoren generieren hochpräzise 3D-Daten, die durch den GenICam/GigE-Vision-Standard zur individuellen Weiterverarbeitung genutzt werden können. Zur Anbindung steht ein umfangreiches SDK zur Verfügung, das beispielsweise Funktionsblöcke für die Sensorsteuerung und Messwertübertragung beinhaltet.

Mit der Software 3DInspect bietet Micro-Epsilon ein Softwaretool zur Parametrierung, Datenaufnahme und Bearbeitung. Die Software ermöglicht die intuitive Erkennung und Kombination von Programmen, die auf die Punktewolken angewendet werden können. Die 3D-Punktewolken können beliebig weiterverarbeitet und ermittelte Messwerte an die Steuerung ausgegeben werden.

3D-Punktewolkenerfassung für die ­Vermessung von Tafelblechen

Das Unternehmen Dimensionics hat einen Messtisch entwickelt, der mit Laser-Profilsensoren von Micro-Epsilon arbeitet. Die Sensoren messen Blechzuschnitte und überprüfen diese auf Breite, Länge, Winkel, Geradheit, Durchbiegung (konvex/konkav) sowie die Planarität der Blechkanten. Dafür sind zwei Laser-Profilscanner der Serie ScanControl 3000 auf dem XY-Tisch montiert. Jeder Scanner hat einen Messbereich von 25 mm und wird über zwei Kanten in X- oder Y-Richtung der Bleche geführt. Durch die Blue-Laser-Technologie erreichen die Sensoren maximale Präzision und zuverlässige Ergebnisse auf den anspruchsvollen metallischen Oberflächen. Messung und Datenausgabe erfolgen für den gesamten Prüfprozess in nur wenigen Sekunden. Die präzisen Messdaten des Scanners werden per Gigabit-Ethernet zur Bewertung an die Anlagen-Software übertragen. Anhand der Daten lassen sich mögliche Produktionsfehler wie zum Beispiel unsaubere Kanten oder Maßabweichungen durch ungenaue Positionierung erkennen. Dadurch wird die Fertigungsqualität der Blechzuschnitte nachverfolgbar und prozesssicher überprüft. Die ScanControl-Sensoren bieten zusätzlich zahlreiche weitere Features. Der neue Sensitivity-Parameter beispielsweise ermöglicht eine bis zu 80 Prozent reduzierte Belichtungszeit, wodurch Messungen mit noch höherer Geschwindigkeit erfolgen können. Darüber hinaus stehen neue Messwertfilterfunktionen und zahlreiche Softwarewerkzeuge zur Verfügung.

3D-Prüfung von Kreissägeblättern

Um einen vibrationsarmen Schnitt mit Kreissägen zu ermöglichen, sind hochpräzise Klingen an den Sägeblättern erforderlich. Dies sorgt nicht nur für einen exakten Schnitt, sondern ist insbesondere auch für die Sicherheit des Bedieners unerlässlich. Die ScanControl-Profilsensoren werden für die Erfassung der einzelnen Klingen genutzt. Die eingesetzten Modelle haben dabei eine laterale Auflösung von 12 µm. Die erzeugte 3D-Punktewolke wird anschließend in 3DInspect ausgewertet. Hier sind vor allem die verschiedenen Klingenwinkel und Schneidebenen von Bedeutung. Da der Scanner über einen Encoderanschluss verfügt, kann eine realitätsgetreue Abbildung ohne Verzerrung erzeugt werden. Die Software führt die geometrischen Vermessungen durch und bewertet sie anhand vordefinierter Grenzwerte. Für diese Applikation wird die 3DInspect-Software auf der speziell hierfür abgestimmten, hochperformanten Industrial Performance Unit ausgeführt. Dieser IPC kann direkt im Schaltschrank an der Hutschiene montiert werden und überträgt die Ergebnisse sowie die Bewertung direkt über Profinet bzw. Ethernet/IP an die Steuerung. 

Verarbeitung von 3D-Punktewolken über 3DInspect

Die 3D-Sensoren von Micro-Epsilon und die Software 3DInspect ermöglichen die Erfassung und Auswertung echter 3D-Daten, das sogenannte Valid3D, und somit nicht nur 2.5D wie meist üblich. Das bedeutet, dass jeder x-y-Koordinate mehrere z-Koordinaten zur Verfügung stehen und damit zum Beispiel Punktewolken ohne Datenverlust in allen Achsen rotiert werden können. Zudem stammen Sensoren und Software direkt vom Hersteller, wodurch nur noch ein Ansprechpartner für die Lösung komplexer Messaufgaben notwendig wird. Bei 3DInspect handelt es sich um eine Software für 3D-Punktewolken, die auf Bedienerfreundlichkeit ausgelegt ist und sich intuitiv steuern lässt. Die Software ermöglicht die Parametrierung der Sensoren, aber auch die Erfassung der Messdaten. Die Werkzeugpalette ist vielseitig und reicht von der Ausrichtung der Punktewolken über die Auswahl der relevanten Objekte bis hin zu Filtern zur Glättung und Optimierung der Punktewolke. Auch Berechnungsprogramme für Abstand, Höhe, Winkel und Radius sind bereits integriert. Die ermittelten Daten lassen sich auf einfache Weise an die SPS ausgeben, können aber auch beliebig weiterverarbeitet werden. Die komplette Integration in automatisierte Produktionsprozesse wird durch die Funktionserweiterung Automatisierung ermöglicht. 

Autor
Viktor Kirchgessner, Gruppenleiter Beratung & Vertrieb 2D/3D

Kontakt

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Königbacher Strasse 15
94496 Ortenburg
Deutschland

+49 8542 168 0
+49 8542 168 90

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