Um Geometrien sehr präzise vermessen zu können, kommen Laser-Profil-Scanner zum Einsatz. Diese erreichen Auflösungen bis in den Submikrometer-Bereich. Diese Messungen sind sehr schnell und diese Sensoren lassen sich gut zur Fertigungskontrolle bei sehr kleinen Objektbereichen einsetzen.

Triangulation

Bereits in der Antike war das Prinzip der Triangulation, das heißt die geometrische Vermessung mit Hilfe von Dreiecksbeziehungen, bekannt. Diese Methode der Landvermessung hat sich in Europa bereits im 18. Jahrhundert durchgesetzt. Allerdings ist diese Oberflächenmesstechnik auch im deutlich kleineren Maßstab anwendbar. Hierfür wird ein Laserstrahl auf ein Messobjekt fokussiert. Eine geeignete, ortsauflösende Sensorzeile, die unter einem festgelegten Winkel zum Laserstrahl steht, detektiert die diffuse Reflexion an der Oberfläche. Wenn sich der Abstand zwischen Sensor und Messobjekt ändert, so ändert sich der Winkel und somit die Position unter dem das reflektierte Licht auf den Sensor fällt. Anschließend kann man über die Winkelbeziehung im Dreieck den Abstand zwischen Sensor und Oberfläche des Objekts berechnen.

Messprinzip

Das Messprinzip kann auf zwei Dimensionen ausgelegt werden. Bei der Laser-Linien-Triangulation wird der Laser anstatt zu einem Punkt zu einer Linie fokussiert. Hierbei wird ein zweidimensionales Sensorelement statt einer Sensorzeile verwendet. Der Winkel, aus dem der Sensor die Oberfläche betrachtet, wandelt die ursprünglich gerade Laserlinie entsprechend des Profils der Oberfläche um. Das zu messende Oberflächenprofil kann aus den Intensitätswerten des reflektierten Lichts, welches auf die Sensorleiste trifft, kalkuliert werden. Zudem kann die dritte Dimension ergänzt werden, indem man das Objekt senkrecht zur Laserlinie, bzw. der Profilsensor über das zu messende Objekt, ausrichtet. So wird der Sensor zu einem 3D-Laser-Profil-Scanner, welcher dreidimensionale Bilder der Oberfläche erstellen kann.

Einflussfaktoren

Die Leistung eines solchen Systems hängt von vielen Faktoren ab. Daher ist es ideal wenn alle wichtigen Komponenten, also die Laserquelle, die Optik zum Fokussieren, die Empfangsoptik und die Sensoren in einem Gehäuse untergebracht sind. Die mechanische und thermische Stabilität kann dann besser kontrolliert werden. Aber auch der Abstand zwischen Sensor und Objekt, sowie das Umgebungslicht beeinflussen die Qualität der Ergebnisse. Um Störlicht zu unterdrücken ist ein Filter vor der Empfangsoptik ratsam.

Allerdings spielen nicht nur diese Einflussfaktoren eine wichtige Rolle. Die technischen Merkmale des Laser-Profil-Scanners, also die Qualität der Optik und der verwendeten Diode sind entscheidend, wie gut sich die Linie auf das zu messende Objekt fokussieren lässt. Die Sensoren und die Leistungsfähigkeit des verwendeten Prozessors sind wesentlich dafür, wie schnell und genau aus dem reflektierten Licht ein Profil der Oberfläche erstellt werden kann.

Die Wellenlänge des Laserlichts beeinflusst die Präzision der Ergebnisse. Beispielsweise lässt sich eine blaue Laserdiode wesentlich schärfer einstellen als eine rote Laserdiode. Zudem dringt blaues Laserlicht nicht so weit in die Oberfläche des Messobjekts ein, das verbessert die Messgenauigkeit weiter. Gerade Oberflächen, welche mit gewöhnlichen Laser-Profil-Scannern schwierig zu vermessen sind, beispielsweise organische und semitransparente Materialien lassen sich mit blauen Laserdioden deutlich besser vermessen.

  • Posted on 10. December 2018
  • Written by 3dworld
  • Categories: 3D-Scanner
Comments Off on Oberflächenmessung mittels 3D-Scanner im Nanobereich

Comments are closed.