Eine Reise in die Welt des Lichts - Photonik Forschung Deutschland

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■ WIE FUNKTIONIERT DAS? - LICHT IM TÄGLICHEN LEBEN Im rechten Bild sieht man die gleiche Situation nochmals, jedoch wurde jetzt das Messobjekt nach rechts verschoben. Der Laserstrahl trifft jetzt an einer anderen Stelle auf das Messobjekt. Der Abstand zwischen Leuchtfleck 3 und Sensor ist geringer geworden. Damit verändert sich auch die Lage des Bildes des Leuchtflecks auf dem Detektor. Der abgebildete Leuchtfleck liegt jetzt nicht mehr an der Position 2 wie zuvor, sondern an der Position 4. Die Veränderung des Abstandes zwischen Sensor und Messobjekt hat also zu einer Veränderung der Lage des abgebildeten Leuchtflecks auf dem Detektor geführt. Mit den Gesetzen der Geometrie läßt sich nun aus den Dreiecken, gebildet durch den Ort der Laserstrahlquelle, den Leuchtfleck auf dem Messobjekt und die Lage des abgebildeten Leuchtflecks auf dem Detektor, der Abstand berechnen. Das beschriebene Messprinzip wird daher auch als „Triangulation” bezeichnet, der auf das lateinische Wort für Dreieck „Trianguli” zurückzuführen ist. Mit modernen Laserabstandssensoren können nach dem beschriebenen Prinzip Abstände im Bereich von wenigen Millimetern bis zu mehreren Metern mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Die Geschwindigkeiten, die erreicht werden, sind enorm. Bis zu 20.000 Messungen pro Sekunde können ausgeführt werden, das ist mit einem Zollstock nicht zu schaffen. Ansicht eines Laser-Triangulationssensors, rechts: Sensorkopf, links: Steuereinheit. (Foto: Fh-Institut für Lasertechnik (Fh-ILT)). Anwendungsbeispiele der Laser-Triangulation: Prüfung der Geradheit von Eisenbahnschienen für den Hochgeschwindigkeitszug ICE in einer Fertigungslinie mit mehreren Laser-Triangulationssensoren. Die optischen Sensoren sichern die notwendige Spezifikation solcher Schienen: Abweichungen von weniger als 80 µm (!) auf 5 m Länge sind gefordert für sicheres, ruckelfreies Fahren. Prüfung der Ebenheit von glühenden Walzblechen in einem Walzwerk. Deutlich sind die Lichtpunkte auf dem glühenden Blech zu sehen (Fotos: NoKra Optische Prüftechnik und Automation, AG der Dillinger Hüttenwerke). 64
WIE FUNKTIONIERT DAS? - LICHT IM TÄGLICHEN LEBEN ■ Laser-Lichtschnitt Hier wird der Laserstrahl mit einer Zylinderlinse wie ein Fächer aufgeweitet. Dieser Fächer beleuchtet das Messobjekt. Im Bild ist als Messobjekt ein Halbzylinder dargestellt. Das Laserlicht erzeugt jetzt auf dem Objekt keinen Lichtpunkt mehr, sondern eine Lichtlinie. Diese Lichtlinie zeigt das Profil des Messobjekts. Dieser so genannte Lichtschnitt wird wieder mit einem Objektiv auf einen Detektor abgebildet. Die Auswertung erfolgt in analoger Weise wie bei der oben beschriebenen Abstandsmessung. Beim Laser-Lichtschnitt ist das Ergebnis die Kontur des Messobjekts, die vom Laser-Fächer beleuchtet wurde. Anwendungsbeispiele der Laser-Lichtschnitte: Aufbau eines Lasersensors zur Profilmessung nach dem Laser-Lichtschnittverfahren (Grafik: Fh-Institut für Lasertechnik (Fh-ILT)). Laser-Lichtschnitt an einem verformten Blechteil (Foto: Fh-Institut für Lasertechnik (Fh-ILT)). Laser-Lichtschnitt an einem glühenden Stahlprofil. Die Laserlinie wird durch ein kreisförmiges Filter beobachtet, das nur die Laserstrahlung passieren läßt. Dadurch wird die störende Strahlung des glühenden Stahlprofils nahezu vollständig unterdrückt (Foto: Fh-Institut für Lasertechnik (Fh-ILT)). 65
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