Kontrolle rundherum

Schwerpunkt Sensorik

Laserscanner – Einer neuer 2D-Laserscanner mit Puls-Laufzeit-Verfahren ermöglicht eine 360-Grad-Rundumsicht und arbeitet über eine große Reichweite hinweg sehr präzise.

04. Mai 2012

Laserscanner tasten ihre Umgebung mit Hilfe eines Laserstrahls ab. Aus den resultierenden Entfernungsinformationen der einzelnen Messstrahlen generieren sie Informationen über die Anwesenheit von Objekten und deren Formen, Konturen und Kanten. 2D-Laserscanner verfügen über genau eine Abtastebene, die man etwa auf eine Förderstrecke richtet und so die vorbeifahrenden Gegenstände scannen kann. Auch die Ermittlung von Positionsdaten fahrerloser Transportsysteme in der Logistik und Fördertechnik gehört zu den typischen Anwendungen von Laserscannern in der Industrie. Hier besteht die Aufgabe darin, die Position künstlicher oder natürlicher Markierungen zu erfassen und einem Navigationssystem in geeigneter Form zur Verfügung zu stellen.

Im ganz neuen 2D-Laserscanner R2000 haben die Ingenieure von Pepperl + Fuchs eine Reihe von Technologien vereint. Das Ergebnis, so der Hersteller, ist ein kompaktes Gerät mit hoher Funktionalität und Leistungsfähigkeit. Das System ist aufgebaut aus einem statischen Rumpf, auf dem sich ein kontinuierlich drehender Sensorkopf mit Laser und Empfangselement befindet.

Zur Detektion kommt die Pulse Ranging Technology (PRT) zum Einsatz, ein vom Hersteller für industrielle Anwendungen zur Serienreife weiterentwickeltes echtes Lichtpuls-Laufzeit-Verfahren. Bei einer Abtastungsrate von 50 Hertz liefert das Gerät 250.000 Einzelmessungen pro Sekunde und ist damit präzise genug, auch sehr kleine Objekte zu erkennen. Völlig neu ist ein zylinderförmiges 360-Grad-Display in Höhe des Sensorkopfes, das dem R2000 sensorische und interaktive Fähigkeiten verleiht, wie sie bisher noch nicht möglich waren.

Leistungsfähige Methode

Bei der Pulse Ranging Technology handelt es sich nach Angaben des Mannheimer Sensorspezialisten um die modernste und leistungsfähigste Methode der optischen Entfernungsmessung. Vergleichbare, derzeit auf dem Markt erhältliche Laserscanner für Automatisierungsaufgaben verwenden in der Regel nur die Phasenkorrelation, bei der es sich um ein indirektes Verfahren der Lichtlaufzeitmessung handelt.

Letzteres ist mit dem Problem der begrenzten Reichweite und Mehrdeutigkeit behaftet. Die Pulse Ranging Technology dagegen liefert aufgrund der Auswertung diskreter Lichtpulse mit einer bis zu 1.000-mal höheren Energiedichte stets eindeutige und reproduzierbare Ergebnisse. Das gilt vor allem bei erschwerten Bedingungen wie Fremdlicht oder schlechten Reflexionseigenschaften von Objektoberflächen.

In Verbindung mit dem rotierenden Messkopf erlaubt die PRT zum einen eine lückenlose Rundumsicht von 360 Grad, zum anderen ist bei jedem Messwinkel eine direkte Sicht des Scanners auf die Umgebung gewährleistet. Dies führt zu einer kompakten Baugröße und einer konstanten Geometrie des Lichtflecks mit immer gleichem Abbildungs- und Sensorverhalten. Bisherige Geräte leiten ihren Messstrahl zumeist über zusätzliche Umlenkmechaniken, wodurch sie konstruktiv aufwendiger werden und gewissen Einschränkungen unterworfen sind. Bei vielen Geräten beträgt der Abtastwinkel daher nur 270 Grad.

Da der R2000 nicht mit einer Linsen- sondern mit einer Spiegeloptik arbeitet, hat die Wellenlänge des Laserlichts keinen Einfluss auf die optische Performance des Systems und es eignet sich so für Rot- und Infrarotlicht gleichermaßen.

Durch den roten Laser lässt sich das Gerät einfach ausrichten, die Scan-Ebene ist mit bloßem Auge gut sichtbar. Wichtig für anspruchsvollere Anwendungen ist auch der kleine Lichtfleck, der auch kleine Objekte erfasst und Kanten präzise detektiert. Der Lichtfleck hat einen Durchmesser von weniger als 20 Millimeter bei einem Messbereich bis zu zehn Metern. Die Laserklasse 1 des Sensors macht zusätzliche Schutzmaßnahmen überflüssig. So eignet sich das Gerät für alle Arbeitsbereiche, ohne das Personal zu gefährden.

Der schnell drehende Messkopf war eine größere technische Herausforderung für das Entwicklungsteam. Sowohl ein passendes Antriebssystem als auch die berührungslose Übertragung von Energie und Daten zwischen den statischen Gerätekomponenten und dem beweglichen Sensorkopf sind in Eigenregie entstanden.

Ganz neues Display

Stolz sind die Entwickler auch auf das neuartige integrierte 360-Grad-Rundum-Display. Durch die Rotation des Scanners konnten sie die Projektionsfläche zylinderförmig gestalten; auf ihr lassen sich beliebige Informationen darstellen. Aus 24 LEDs gebildet, eignet es sich sowohl für textbasierte Botschaften als auch grafische Visualisierungen.

Sensorfunktionalität und Anzeigemöglichkeiten in Kombination ergeben neue Optionen, die Benutzerführung zu gestalten. Inbetriebnahmen und Bedienvorgänge sind jetzt ohne Notebook oder PC möglich. Außerdem kann der Anwender Betriebs-und Diagnoseinformationen im laufenden Betrieb direkt visualisieren. Zur Weiterverarbeitung stellt der R2000 über seine 100-Mbit-Datenschnittstelle jeweils den Entfernungswert, den Winkel, einen Datumsstempel sowie den Qualitätswert bereit.

Dank der neuartigen Funktionen ermöglicht der Laserscanner von Pepperl + Fuchs Anwendungen in vielen Bereichen, die sich in Zweck, Branche und Einsatzort stark unterscheiden können. Beispiele sind neben den klassischen Industriefeldern wie Fördertechnik, Transport und Logistik auch die Gebäudeautomation oder Sicherheitstechnik.

Erschienen in Ausgabe: 03/2012