Micro-Epsilon scanCONTROL Sensoren 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.
3D-Punktewolken erzeugen
Sensoren der Reihe scanCONTROL nutzen das Laser-Triangulationsprinzip zum zweidimensionalen Erfassen von Profilen auf unterschiedlichen Objektoberflächen. Eine Linien-Optik projiziert eine Laserlinie auf die Messobjektoberfläche, eine hochwertige Optik bildet das diffus reflektierte Licht dieser Laserlinie auf eine Sensor-Matrix ab. 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 der Serie scanCONTROL 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 Beispiel-VIs (virtuelle Instrumente) zur Verfügung. Auch die Einbindung in Linux ist möglich.
Bis zu acht Laser-Scanner auswerten
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. 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. Die kompatiblen scanCON TROL-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 IO/NIO-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 Integration in einem Schaltschrank oder die Befestigung direkt in der Maschine einfach möglich. Micro-Epsilon bietet sechs verschiedene Varianten der 3D Profile Unit namens 3DPU-2/IE, -4/ IE oder -8/IE, je für den Anschluss von bis zu zwei, bis zu vier sowie bis zu acht Sensoren und jeweils mit oder ohne Industrial-Ethernet-Option. 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 auf dem Controller aus und erzeugt aus den Rohdaten konkrete Messwerte, die im Anschluss an die Steuerung, zum Beispiel eine SPS, übergeben werden. Die Einheit ist nach IP40 ausgeführt und hält Temperaturen von 0 bis +50 °C stand, die Montage kann in Tisch- oder Wandmontage erfolgen. Für die Hutschienen- oder Schaltschrankmontage ist weiteres Zubehör nötig. Die Profile Unit ist gegen Schock und Vibration resistent und misst 230 mm x 192 mm x 77 bzw. 127 mm, je nach Ausführung. Als Bedien- und Anzeigeelemente dienen zwei LEDs für Power und Storage, vier LEDs für die Ethernet-Statusanzeige sowie ein Ein-/Ausschalter.
Das Setup im Detail
Das Hardware-Setup besteht aus den Laser-Scannern, dem 3D Profile Unit Controller, einem Anschlusskabel je Sensor sowie der Software 3DInspect am Kundenrechner. Hierbei übernimmt die Profile Unit das Stitchen der Profile, die Rohdatenübertragung sowie die Datenauswertung und Messwertübertragung. Über die Software läuft die Parametrierung sowie gegebenenfalls die Visualisierung. Die Sensoren sind über die richtigen IP-Adressen mit der 3D Profile Unit zu verbinden. Die Netzwerkschnittstellen der 3D Profile Unit sind hierbei bereits werksseitig vorkonfiguriert. Um einem Sensor eine IP-Adresse zuzuweisen, ist das Netzwerkkabel des Sensors direkt mit dem PC zu verbinden, auf dem der Anwender 3DInspect betreibt. Über den Ethernet-Konfigurator von 3DInspect kann der Anwender im Anschluss die IP und die Subnetzmaske zuweisen.
Registrieren auf ein Messobjekt
Beim Einrichten der Sensoren auf das Messobjekt müssen sich alle Scanner in einer Ebene befinden und sind genau auf das Messobjekt auszurichten. Bei der Feinausrichtung müssen die Messfelder der Sensoren deckungsgleich sein. Hierbei empfiehlt es sich, ein Blatt Papier zu verwenden und dieses im Kreuzungsbereich der Laserlinien zu bewegen. Durch die Semi-Transparenz des Papiers sind ungenaue Ausrichtungen gut zu erkennen.
Damit die Sensoren die richtigen Messwerte ausgeben können, ist eine Registrierung mit einem speziellen Registriertarget über die Software 3DInspect nötig. Um das Target auf die Sensoren auszurichten, gibt es zwei Möglichkeiten: die automatische sowie die manuelle Registrierung. Bei der automatischen Variante geschieht die Ausrichtung über sogenannte Registriertargets, die bei Micro-Epsilon erhältlich sind. Anhand dieser lässt sich die richtige Position der Sensoren in Bezug zum Messobjekt ausrichten. Da die Kontur des Targets bekannt ist, kann sie dem Controller über eine spezielle Registrierdatei bekannt gemacht werden. So kann der Controller einen Abgleich durchführen und bestimmen, in welcher Lage sich die Sensoren in Bezug zum Registriertarget befinden. Im Anschluss können die Koordinatensysteme der einzelnen scanCONTROL Sensoren in ein gemeinsames Koordinatensystem zusammengeführt werden und die eigentliche Messung kann beginnen.
Bei der manuellen Variante geschieht die Ausrichtung des Messobjektes durch Rotation und Translation der Profile, gegebenenfalls anhand eines „goldenen Musters“.
Software und Schnittstellen
Das Parametrieren der 3D-Sensoren und das Aufnehmen der Messdaten erfolgt direkt aus der 3DInspect Software heraus. Hier erlauben leistungsstarke Werkzeuge die Ausrichtung und Filterung der Punktewolke, die intuitive Erkennung und Auswahl relevanter Bereiche sowie die Kombination von Programmen.
Nutzer können die 3D-Punktewolken beliebig weiterverarbeiten und ermittelte Messwerte an die Steuerung ausgeben.
Aussteller Hannover Messe 2025 Halle 9, D05
