Lasertracker

Ein Lasertracker ist ein Messgerät, das durch eine Kombination aus Winkelmessung und interferometrischer Laser-Distanzmessung die 3D-Punktkoordinaten eines Objekts erfasst. Moderne Lasertracker können auch absolute Distanzen messen (ADM, absolute distance measurement).

Lasertracker werden zur Digitalisierung von Objekten in der Industrie und der Geodäsie verwendet und arbeiten mit einigen tausend Laserpulsen pro Sekunde.

Es gab im August 2006 drei Hersteller von Laser-Trackern: Die Unternehmen Automated Precision (API), Leica Geosystems und Faro. Das Basispatent für den selbstverfolgenden Interferometer liegt seit 1986 bei Dr. Kam Lau dem Firmengründer von API. Dieses Patent wurde ab 1989 an die Firma Leica Geosystems lizenziert. Leica verkaufte 1991 das erste derartige Messsystem an den amerikanischen Flugzeughersteller Boeing. Seitdem ist der Markt für Lasertracker trotz des hohen Preisniveaus kontinuierlich gestiegen und sie haben heute einen festen Platz im industriellen Qualitätsmanagement.

Genauigkeiten (bei 1 sigma):

• Winkelmessung : 1 Winkelsekunde
• Streckenmessung: (ADM): 0,01 mm
• Streckenmessung: (Interferometer): 0,001 mm

Die neueste Entwicklungen (06/2005) im Bereich der Lasertracker sind aktive Taster (z.B. FARO TrackArm von FARO, I-Probe von API, T-Probe von Leica), sowie handgeführte Scanner (T-Scan von Leica, I-Scan von API), die neben einer Koordinate im Raum auch einen Vektor messen können. API bietet des Weiteren auch eine Kombination aus Probe und Scanner an. Weitere Entwicklungen sind aktive Targets zur Bestimmung der 6DOF (6 degree of freedom) eines Objektes im Raum (STS von API oder T-Mac von Leica). Hierbei werden nicht nur die Positionskoordinaten (X,Y und Z) im Raum sondern auch die Rotation des Objektes gemessen.

Zusatzkomponenten der Leica Geosystems Laser Tracker

Hochgeschwindigkeitskamera Leica T-Cam

Die T-Cam ist Teil des mobilen Koordinatenmesssystem von Leica Geosystems. Sie wurde für die 3D-Positionsbestimmung der Zusatzkomponenten Leica T-Probe und Leica T-Scan im Raum entwickelt. Aufgesetzt auf den Lasertracker folgt die Leica T-Cam ständig dem Zielgerät.

Die Messziele der Leica T-Cam bilden räumlich verteilte Leuchtdioden und Reflektoren, die auf der Oberfläche der Zielgeräte integriert sind.

Durch sechs Messparameter ist das Zielgerät in Bezug auf das Trackersystem vollständig beschrieben. Dabei handelt es sich um drei Positionsparameter (XYZ) und drei Orientierungswinkel (Nick-, Roll- und Gierwinkel). Die Gesamtheit der sechs Parameter bildet das Prinzip der sechs Freiheitsgrade (Six Degrees of Freedom = 6DOF).

Bei der Leica T-Cam wird ein digitales CMOS-Kamerasystem eingesetzt. Sie verfügt über eine Vario-Zoom Einrichtung, die es möglich macht zwischen 1,5 m und 15 m ein konstantes Sichtfeld zu realisieren. Die erfassten LED belegen dadurch immer die gleiche Pixelanzahl auf dem CCD-Chip der Kamera. Daher ist eine entfernungsunabhängige Genauigkeit der Orientierungswinkel gewährleistet.

Handtaster Leica T-Probe

Die kabellose Leica T-Probe ist ein tragbarer Messtaster und wird zur Messung von verdeckten Punkten und Geometrien, sowie zur Erfassung von Kanten und geometrischen Elementen eingesetzt.

In das Gehäuse der Leica T-Probe sind zehn räumlich verteilte Leuchtdioden und ein Reflektor integriert. Zwei Schnellverschlüsse Mount 1 und 2 an der Unter- und Hinterseite des Messtasters ermöglichen das Auswechseln unterschiedlicher Taster.

Die Erfassung der Position der Leica T-Probe erfolgt mit dem Lasertracker in Kombination mit der Leica T-Cam. Der Lasertracker bestimmt durch Interferometermessung die Raumkoordinaten XYZ der Leica T-Probe. Durch Messung der Leuchtdioden mittels der Leica T-Cam wird die Orientierung der Leica T-Probe im Raum ermittelt. Damit sind die sechs Freiheitsgrade bestimmt. Über die bekannte Geometrie des Messtasters können die 3D-Koordinaten der Tastspitze berechnet werden. Die kabellose Leica T-Probe ist ein tragbarer Messtaster und wird zur Messung von verdeckten Punkten und Geometrien, sowie zur Erfassung von Kanten und geometrischen Elementen eingesetzt.

Durch Aufmodulierung von Information auf den Infrarot-Laserstrahl des Distanzmessers können Daten zur Leica T-Probe übermittelt werden. Das ermöglicht eine automatische Erkennung der verwendeten Leica T-Probe und der Tastspitze. Die Messungen können an der Leica T-Probe ausgelöst werden.

Empfangswinkel:

• Nickwinkel: ± 45°
• Gierwinkel: ± 45°
• Rollwinkel: 360°

Messunsicherheit für 3D-Punkte:

• U_3D = ±100 µm für < 7 m
• U_3D = ±30 µm + 10µ/m für > 7 m

Handscanner Leica T-Scan

Der kabellose Leica T-Scan ist ein handgeführter Laserscanner, der die Aufnahme von Flächen mit einer hohen Punktdichte ermöglicht.

In das Gehäuse der Leica T-Scan sind an vier Seiten je ein Reflektor sowie räumlich verteilte Leuchtdioden integriert.

Der im Leica T-Scan erzeugte sichtbare Laserstrahl wird über einen rotierenden Spiegel auf die zu scannende Oberfläche projiziert. Aufgrund des Rotationsspiegels wird jeder einzelne Punkt auf die Oberfläche projiziert. Die dabei entstehende Linie wird als „flying dot“ bezeichnet. Der Laserstrahl wird von der zu messenden Oberfläche reflektiert und trifft in Abhängigkeit der Entfernung zur Oberfläche auf einen CCD-Chip auf. Die Berechnung der Distanz zwischen Leica T-Scan und Objekt erfolgt mittels Triangulationsverfahren. Da sich die Laserlinie aus individuellen Einzelpunktmessungen zusammensetzt, kann die Intensität für jeden einzelnen Punkt unabhängig von der Beschaffenheit der Oberflächen (matt, glatt, glänzend, verschiedene Materialien) angepasst werden. Dadurch wird eine optimale Signalauswertung gewährleistet. Die Bestimmung der Lage im Raum erfolgt bei der Leica T-Scan in gleicher Weise wie bei der T-Probe. Die sechs Freiheitsgrade werden durch die tachymetrische Erfassung des Reflektors und die photogrammetrische Messung der Leuchtdioden bestimmt.

Die Messungen können an der Leica T-Scan ausgelöst werden.

Eingesetzt wird der Leica T-Scan im Bereich des Reverse Engineering. Dort werden die Messdaten, die als Punktwolken vorliegen als Basis für eine anschließende CAD-Datenerstellung genutzt. Des Weiteren können Modelle digitalisiert und anschließende Qualitätskontrollen durch Soll-Ist-Vergleich mit vorhandenen Referenzdaten durchgeführt werden.

• Arbeitsbereich (Scan-Weite): 90 mm ± 25 mm
• Minimale Arbeitsdistanz: 41 mm
• Maximale Arbeitsdistanz: 119 mm
• Punktdichte: 0,14-1,96 mm
• Genauigkeit der Abstandsmessung: ±30 µm

Siehe auch

• Industrieroboter
• Messsystem
• Laserscanning