Bild 01: Vermessen eines Stahlprofils mit vier Scancontrol-Sensoren und Auswertung über 3D Profile Unit. (Quelle: Micro-Epsilon)
Die Scancontrol-Sensoren von Micro-Epsilon [1] kommen bei der präzisen Inline-3D-Messung in zahlreichen Applikationen und Branchen zum Einsatz. Die Scans erfolgen hierbei durch eine Bewegung des Laserscanners oder des Messobjekts. Die vielseitigen Scanner eignen sich beispielsweise für Robotik-Anwendungen sowie zur Inline-Fertigungsüberwachung.
Erzeugung von 3D-Punktewolken
Die Sensoren nutzen das Laser-Triangulationsprinzip zum zweidimensionalen Erfassen von Profilen auf unterschiedlichen Objektoberflächen. Eine Linienoptik projiziert eine Laserlinie auf die Messobjektoberfläche, eine hochwertige Optik bildet das diffus reflektierte Licht dieser Laserlinie auf eine Sensor-Matrix ab (Bild 1). Der Controller berechnet aus dem Kamerabild neben den Abstandsinformationen (z-Achse) auch die Position entlang der Laserlinie (x-Achse) und gibt beide in einem zweidimensionalen Koordinatensystem aus. Bei bewegten Objekten oder bei einer Traversierung des Sensors kann man aus dem Aneinanderreihen der Profile eine 3D-Punktewolke gewinnen.
Die Laser-Linienscanner verfügen über einen Ethernet- bzw. GigE-Vision-Anschluss. Hiermit lassen sie sich in verschiedene Bildverarbeitungspakete bis hin zur 3D-Auswertung integrieren. Für Labview-Anwender steht zudem ein Gerätetreiber inklusive beispielhaften virtuellen Instrumenten zur Verfügung. Auch die Einbindung in Linux ist möglich.
Auswertung von bis zu acht Laser-Scannern
Um einen kompletten Umfang oder komplexe Geometrien zu erfassen, kommen einzelne Laserscanner prinzipbedingt an ihre Grenzen. Reiht man jedoch mehrere Sensoren aneinander, kann ein komplettes Abbild komplexerer Geometrien erstellt werden (Bild 2). Hier liegt die Herausforderung darin, die Profildaten der jeweiligen Laserscanner in ein gemeinsames Koordinatensystem zu überführen.
Aus diesem Grund hat Micro-Epsilon den 3D Profile Unit Controller entwickelt. Hiermit lassen sich zwei bis acht Laserscanner und deren Messwerte zu einem 2D-Gesamtprofil bzw. zu einer 3D-Gesamt-Punktewolke miteinander verrechnen (Bild 3). Die kompatiblen Scancontrol-30xx-Sensoren lassen sich über die vorgesehenen Ethernet-Schnittstellen an die 3D Profile Unit anschließen. Im Anschluss können Anwender die Profildaten oder 3D-Punktewolken auswerten oder direkt an einen GigE Vision Client übergeben. In der Industrial-Ethernet-Option lassen sich zudem Messwerte und In-Ordnung-/ Nicht-in-Ordnung-Bewertungen über eine der möglichen Schnittstellen an vorhandene Peripherie ausgeben. In der Option Industrial Ethernet ist die Ergebnisausgabe über TCP/IP und UDP möglich. Zudem lassen sich vorhandene Systeme mit der Industrial-Ethernet-Option über Profinet, Ethernet/IP, Ethercat und Modbus TCP ansteuern.
Die Hardware der 3D Profile Unit mit passiver Kühlung bietet Flexibilität für eine einfache und platzsparende Installation. Somit ist eine einfache Integration in einem Schaltschrank oder die Befestigung direkt in der Maschine möglich. Micro-Epsilon bietet sechs verschiedene Varianten des Controllers für den Anschluss von bis zu zwei, bis zu vier sowie bis zu acht Sensoren und jeweils mit oder ohne Industrial-Ethernet-Option (Bild 4). Die Optionen ohne Industrial Ethernet liefern lediglich die Rohdaten, also 2D-Profile oder 3D-Punktewolken, die in einer eigenen Software ausgewertet werden können (meist Kommunikation über GigE Vision).
Die Option mit Industrial Ethernet wertet die Daten selbst im Controller aus und erzeugt aus den Rohdaten konkrete Messwerte, die im Anschluss an die Steuerung, z. B. eine SPS, übergeben werden. Die Einheit ist gemäß IP40 ausgeführt und hält Temperaturen von 0 °C bis 50 °C stand, die Montage kann in Tisch- oder Wandmontage erfolgen. Für die Hutschienen- oder Schaltschrankmontage ist weiteres Zubehör nötig. Das Gerät ist gegen Schock und Vibration resistent und misst 230 mm × 192 mm × 77 mm bzw. 127 mm, je nach Ausführung. Als Bedien- und Anzeigeelemente dienen zwei LED für Power und Storage, vier LED für die Ethernet-Statusanzeige sowie ein Ein-/Ausschalter.