Merken 07.11.2017

L2K-3D-Kamera von Laser2000

3D-Kamera für die Lasermaterialbearbeitung

Eine neu entwickelte 3D-Kamera erlaubt die hochgenaue 3D-Führung des Laserstrahls während der Materialbearbeitung. Die Technik lässt sich überall dort eingesetzen, wo mit Lasern Objekte bearbeitet werden und dementsprechende Präzision gefragt ist.

L2K-3D-Kamera (© Laser2000)

Das Entwicklerteam von Laser 2000, Weßling, hat auf der diesjährigen Laser World of Photonics eine speziell angepasste L2K-3D-Kamera für Laserapplikationen vorgestellt. Die Kamera vermisst laut Hersteller den 3D-Arbeitsbereich einer Laserscanner-Anwendung und stellt zusätzlich zu den x- und y- auch z-Koordinaten des zu bearbeitenden Bauteils zur Verfügung. So wird die Lasermaterialbearbeitung mit der 3D-Kamera-Technologie verknüpft.

Hochgenaue 3D-Führung des Laserstrahls möglich

Die 3D-Position von beliebigen Objekten wird nach Herstellerangaben innerhalb des Scanbereichs sehr präzise detektiert, was eine hochgenaue 3D-Führung des Laserstrahls ermöglicht. Die Integration der Kamera in vorhandene Komponenten, wie Galvo-Scanner und F-Theta-Linse, soll einfach zu realisieren sein. Die Kommunikationsschnittstelle entspricht dem Indus- triestandard, und die Benutzeroberfläche ist leicht bedienbar beziehungsweise selbsterklärend, so der Hersteller. Die 3D-Kamera nimmt Bilder des Arbeitsbereichs auf, wertet diese aus und stellt die Ergebnisse für die weitere Laserbearbeitung zur Verfügung (Bild 1). Dadurch ist es möglich, den Laserstrahl exakt im 3D-Raum zu führen. Während der Laseranwendung ist eine Inspektion zur Prozesskontrolle möglich. Nach der Laseranwendung besteht die Option, eine Qualitätssicherung der Prozessergebnisse aus mehreren Perspektiven, auch mit 3D-Koordinaten, zu realisieren.

Die 3D-Kamera ist mit einer internen LED-Beleuchtung und Random-Pattern- Projector (RPP)-Lasern ausgestattet, was eine weitere, zusätzliche Beleuchtung überflüssig machen soll. Zusätzlich kann der in Laseranwendungen meist vorhandene Pilotlaser als weiteres Beleuchtungshilfsmittel genutzt werden, um die Prozesssicherheit zu erhöhen.

Neben dem Set-up für Laseranwendungen liegen die Vorteile der 3D-Kamera nach Firmenangaben in der Flexibilität der Konfiguration bei Hard- und Software. Je nach Applikation stimmen die Entwickler die Hardware-Ausstattung mit dem Anwender ab. Wichtige Rahmenparameter sind dabei der verwendete Scanner und das eingesetzte F-Theta-Objektiv. Die Software konfiguriert entsprechend Arbeitsabstand, Messbereich und Reliabilität. Abhängig vom Arbeitsabstand (100 bis 500 mm) sind Messgenauigkeiten von 10 bis 500 µm möglich.

Besten Algorithmus für Software auswählen

Machbarkeitsuntersuchungen respektive Laborversuche erlauben es, den jeweils besten Algorithmus für die Software auszuwählen. Dabei greift man als Basis auf vier verschiedene Messverfahren zurück.

Im einfachsten Fall wird die 3D-Position des Pilotlasers ermittelt. Damit sind robuste und hochgenaue Abstandsmessungen möglich. Des Weiteren kann mit dem Pilotlaser eine Linie projiziert werden, was in einem präzisen 3D-Linienprofil resultiert. Das Zusammensetzen von Linien zu einer vollständigen Punktewolke des Objekts ist laut Hersteller ebenfalls möglich. Der Stereo-Matching-Algorithmus erstellt mithilfe des integrierten RPP-Lasers über eine Bildaufnahme sehr schnell eine einfache Punktewolke. Dieses Verfahren hat vor allem bei flächigen Objekten seine Vorteile. Mittels der integrierten LED-Beleuchtung können Objektmerkmale in 2D-Bildern lokalisiert werden und anschließend zu 3D-Positionen berechnet werden. Hat man drei Merkmale eines Objekts lokalisiert, ist die 3D-Position eindeutig ermittelt.

Überwachung der Lasermaterialbearbeitung

Mögliche Anwendungsgebiete für die 3D-Kamera sind das Laserschweißen, das Lasermarkieren, das Laserschneiden, das Laserbohren und die Mikro-Materialbearbeitung. Die Kamera kann in allen Branchen eingesetzt werden, in denen mit Lasern Objekte bearbeitet werden und dementsprechende Präzision gefragt ist. Zu diesen gehören unter anderem Automobil- und Elektronikindustrie, Medizintechnik und Maschinenbau.