Hochleistungs-3D-Lasertriangulationssysteme

Lösungen für Inline Mess- und Inspektionsanwendungen

Die Anwendungsmöglichkeiten für 3D-Laser-Triangulation sind nahezu endlos und reichen von der Inspektion von Kleinteilen über das Scannen von Großteilen bis zu Pick&Place-Anwendungen in den unterschiedlichsten Branchen. Gleichzeitig sind die technischen Anforderungen sehr hoch! Um eine kostenoptimierte Lösung zu entwickeln, bedarf es viel Erfahrung mit Bildverarbeitung. Neben der Auswahl der richtigen Technologie und des passenden PCs ist die Erfassungs-und Verarbeitungssoftware der wichtigste Faktor. Die Experten von phil-vision können hierfür auf jahrelange Erfahrung mit unterschiedlichsten Bildverarbeitungslösungen zurückgreifen und beraten sie gerne umfassend welche Systemlösung sich am Besten für Ihre Aufgabe eignet.

Wie funktioniert 3D-Lasertriangulation?

Erkärung Prinzip Laser-Triangulation

Eine Laserlinie wird in schrägem Winkel auf ein Objekt gerichtet. Dort trifft sie auf die Oberfläche und erzeugt eine sichtbare Linie. In Nachbarbereichen, 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.

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

Trifft der Laser sehr flach auf ein Objekt, erzeugen schon kleinste Höhenunterschiede einen starken Versatz der Linien, allerdings ist der Höhenbereich der Erfassung gering. Schon zehntel Millimeter Differenz sind in der Praxis ohne besonderen Aufwand detektierbar. Gute Triangulationssysteme können bis zu einem hunderstel Millimeter messen. Bei steilem Winkel ist die Messgenauigkeit gering, dafür sind große Höhendifferenzen erfassbar.

Das Prinzip der Laser-Triangulation wird beim Einsatz von 3D-Triangulations-Kameras und Lasern zur Perfektion gebracht. Bei Systemen wie dem Z-Trak™ von Teledyne DALSA sind Laser und Kamera bereits fest in einem robusten Gehäuse verbaut und kalibriert. Mit einer Bildrate von 45khz bei 2k Auflösung ist er einer der schnellsten 3D-Sensoren auf dem Markt. Dabei wird das Prüfobjekt kontinuierlich unter einem Kamera-Laser-System fortbewegt und eine Vielzahl von Triangulations-Profilen erzeugt. Wir sprechen hier also von einem scannenden System. Aus der Auslenkung der einzelnen Linienprofile kann dann mit Hilfe komplexer Software-Algorithmen ein dreidimensionales Bild des Objekts errechnet werden.

Gegenüber Stereo 3D-Systemen oder Projektions-3D-Systemen sind Lasertriangulationssysteme auch besonders robust bei metallischen und spiegelnden Objekten, sowie gegenüber Fremdlicht. Die beiden anderen Technologien haben hingegen den Vorteil, dass das Objekt bzw. der Sensor nicht bewegt werden muss.

Günstig&einfach

3D-Lasertriangulationssysteme basieren auf Standardkomponenten und sind dadurch relativ kostengünstig. Sie sind einfach zu installieren und zu benutzen, da keine speziellen Beleuchtungen benötigt werden.

Schnell&robust

Durch Weiterentwicklungen bei Highspeed CMOS-Sensoren in Kombination mit FPGAs und leistungsstarken Embedded Systemen verbessern sich Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit ständig.

Diverse Auflösungen

Durch einfache Änderungen des optischen und mechanischen Designs sind Auflösungen von wenigen Mikrometern bis zu mehreren Metern möglich, ohne die Verarbeitungsarchitektur zu verändern.

Genau&wiederholbar

Bei ordnungsgemäßer Kalibrierung und einem optimierten Aufbau mit geeigneten Objektiven und korrektem mechanischen Aufbau sind exakte und wiederholbare Messungen kostengünstig realisierbar.

Einfach erweiterbar

Dank der intelligenten Architektur können viele Prozessbausteine hinzugefügt werden um die Leistung der Systeme zu erhöhen. KI oder Pixel-Verarbeitung können beispielsweise für intelligente Verarbeitung genutzt werden.

Vibrationstolerant

Leichte Vibrationen sind kein Problem. Beim Scannen können sie sogar dazu beitragen, das Gesamtrauschen zu verringern, das durch die Speckles des Lasers (Eigenrauschen) erzeugt wird.

Hochleistungs-3D-Profilsensoren: Z-Trak™ von Teledyne DALSA

Z-Trak™ ist eine Serie von 3D-Profilsensoren für hochauflösende Höhenmessungen in Echtzeit durch Lasertriangulation. Die leichten Profilsensoren der Schutzklasse IP67 eignen sich perfekt für Inline- Mess-, Inspektions-, Identifizierungs- und Führungsanwendungen in Automotive-, Elektronik-, Halbleiter- und Industrieautomation und liefern zuverlässige und wiederholbare Ergebnisse unter verschiedensten Betriebsbedingungen.

Die Z-Trak™-Modelle eignen sich für Objektbreiten von 9,7 mm bis 1520 mm und Höhen von 10 mm bis 1100 mm. Alle Z-Trak™-Modelle sind werkseitig kalibriert und bieten eine Auswahl an Laseroptionen zur Anpassung an den Oberflächenreflexionsgrad. Die Profilsensoren verfügen über eine Echtzeit-Laserlinienoptimierung für einheitliche Messergebnisse, Multisensor-Synchronisation über generische Gigabit-Netzwerk-Router und Power-Over-Ethernet (POE), um die Einrichtung und Konfiguration zu vereinfachen.

Z-Trak 3D Laser Profiler Sensor in unterschiedlichen Größen
  • Werksseitig kalibriert und sofort einsetzbar

  • Robuster FIR-Peak-Detektor-Algorithmus für hohe Genauigkeit und stabilen Betrieb

  • Modelle für Messbereiche von 10 mm bis 1100 mm

  • Roter oder blauer Laser (Schutzklasse 2M und 3R) für unterschiedlichste Anwendungen und Oberflächen

  • Kompaktes IP-67 Gehäuse für Einsatz in rauer Betriebsumgebung

  • Inklusive Lizenz für Sapera™ LT SDK, Sapera Processing RTL und Sherlock™8

  • Unterstützung von 3rd Party Software über 16-bit mono und GenICam

Vielfältige Anwendungen in den unterschiedlichsten Branchen

  • Inline-Messtechnik

  • Volumenmessungen

  • Roboterführung

  • Spalt- und Bündigkeitskontrolle

  • Oberflächeninspektion

  • PCB-, BGA-Inspektion

  • Lötpasteninspektion

  • Teile-Identifizierung und Prüfung

  • OCR geprägter Zeichen/Codes

  • Kleberaupeninspektion

  • Pick & Place

  • Winkelmessungen

Anwendungsbeispiele 3D Lasertriangulation

Kompaktes, vielseitiges Smart Vision System als Basis

Vicore kompaktes Smart Vision System von Teledyne DALSA

VICORE™ ist ein vielseitiges Bildverarbeitungssystem das sich bestens für 3D-Anwendungen, 2D-Bildgebung, Wärmebildtechnik oder eine Kombination davon eignet. Die kompakte Einheit beansprucht nur wenig Platz und bietet von vorne zugängliche Anschlüsse für Kameras, E/A und Systemkomponenten. Dazu gehört auch ein dedizierter industrieller Ethernet-Anschluss, der eine effiziente Kommunikation über Ethernet/IP oder Profinet ermöglicht.

Alternativ zum Z-Trak™ kann auch eine Genie Nano mit spezieller Laser Profiler Firmware eingesetzt werden.

Umfangreiche Software-Entwicklungstools

Die Z-Trak™-Serie ist GigE Vision-kompatibel und unterstützt sowohl die im Lieferumfang enthaltene Bildverarbeitungssoftware von Teledyne DALSA (Sapera, Z-Expert, Sherlock 8) als auch 3D-Bildverarbeitungspakete von Drittanbietern wie MVTec Halcon, NI Labview oder Common Vision Blox von STEMMER IMAGING.   

Multikamerasysteme

Mehrere Z-Trak™-Sensoren können miteinander kombiniert werden, um das Sichtfeld zu erweitern oder Verdeckungen zu beseitigen. Mehrere Geräte können über Standard-Netzwerk Switches mit einer Genauigkeit von mehr als 1 μs synchronisiert werden. Um Messungen zu vereinfachen, kann mit den grafischen Werkzeugen der Software Z-Expert ein einheitliches Koordinatensystem erstellt werden. Z-Expert bietet eine intuitive grafische Benutzeroberfläche für die gleichzeitige Visualisierung von Profilen und 3D-Bildern von mehreren Sensoren und enthält zusätzlich einen Assistenten für die Systemkalibrierung und erleichterte Einrichtung.

Bildverarbeitungssoftware von Teledayne DAALSA

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