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007V - Laserentfernungsmesser minimaler Baugröße |
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Der Laser-Triangulations-Sensor zur oberflächenunabhängigen genauen Messung von Entfernungen über vergleichsweise große Meßbereiche gehört zur neuen Generation von Roboter-Sensoren, wie sie 1993 bei der erfolgreichen Mission des ersten Weltraum-Roboters ROTEX auch schon in der Raumfahrt eingesetzt wurden. Sie weisen minimale Baugrößen auf, enthalten die gesamte Elektronik in sog. SMD-Technik, sind vergleichsweise billig herzustellen und sind hard- und softwaremäßig vollständig modular aufgebaut. Sie verkehren mit der Robotersteuerung über einen seriellen Hochgeschwindigkeitsbus und stellen ihre Information in einem 'Dual-port-RAM' oder 'shared memory' der Robotersteuerung ohne nennenswerten Zeitverlust zur Verfügung. Die Stromversorgung erfolgt mit 20 kHz-Rechteckspannung, aus der die einzelnen Sensoren eines Greifers sich die von ihnen benötigte Spannung -galvanisch entkoppelt- abgreifen und gleichrichten. Auf diese Weise benötigt ein mit beliebig komplexer Mehrfachsensorik bestückter Roboter-Greifer nur mehr insgesamt 4 Zuleitungen für Informationstransfer und Stromversorgung. Die Laser-Triangulation ist nach augenblicklichem Technik-Stand die erfolgversprechendste Alternative für berührungslose, vom Oberflächenmaterial unabhängige Näherungssensorik. Das Triangulationsprinzip als Mittel zur Entfernungsmessung ist zwar seit langem bekannt, doch war es schwierig, Robotersensoren zu entwickeln, die klein und genau sind und doch einen großen Meßbereich überdecken. Die Position des von einem Hindernis reflektierten Laser-Lichtpunkts wird auf einem linearen Positionsdetektor (PSD) vermessen. Der Sensor arbeitet mit einer Laserdiode, deren Sendeleistung abhängig von der reflektierten Lichtleistung in ca. 10 µs im Bereich 1 zu 4000 regelbar ist. Dadurch lassen sich schnell wechselnde, glatte und schräg angestrahlte Oberflächen sehr gut vermessen. Mit einer Reihe von optischen und elektronischen Maßnahmen wird das Umgebungslicht unterdrückt. Der für etwas größere Abstände (5 - 30 cm) gedachte Entfernungsmesser entspricht in den Abmessungen etwa einer halben Streichholzschachtel. Von der Meßgenauigkeit her zeigt er ein günstiges Verhalten, indem der Nahbereich mit wenigen Hundertstel Millimetern Genauigkeit erfaßt wird, während der Fernbereich bis zur Bereichsgrenze Ungenauigkeiten im Millimeterbereich aufweist. Wegen seiner geringen Masse ≤ 15 g kann er als rotierender Laserscanner eingesetzt werden, der ohne die sonst üblichen Spiegel von einem winzigen Motor angetrieben einen 360° Entfernungsschnitt durch die Umgebung liefert. Durch Bewegung quer zur Scan-Ebene lassen sich leicht 3D-Modelle räumlicher Objekte erzeugen, für die es bisher kein Computer-Modell gibt. Labormodell und Prototyp wurden gebaut und erfolgreich getestet.  Abb.: Der Laser-Entfernungsmesser für mittlere Abstände; bis zu 16 Messköpfe können mit einer Elektronikeinheit (im Bild) betrieben werden  Abb.: Prinzipskizze des Lasertriangulations-Entfernungsmessers (Messbereich 4 bis 30 cm) |
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| Innovative Aspekte | |
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Der europaweit und in den USA patentierte Laser-Sensor weist eine extrem kleine Bauform (bezogen auf den Messbereich), aber auch einen vergleichsweise großen Messbereich auf. Bei einem Messbereich von ca. 40 bis 300 mm hat er etwa die Größe einer halben Streichholzschachtel. Dies ermöglicht den Bau kleiner, rotierender Laserscan-Köpfe. Bekannte Systeme weisen bei größerer Bauform typischerweise kleinere Messbereiche (z.B. 9 - 11 cm) auf. |
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| Anwendungspotenzial | |
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Überall dort, wo berührungslos Entfernungen zu messen sind (nicht nur Anwesenheit/Abwesenheit von Hindernissen) bzw. wo berührungslos 3D-Modelle zu generieren sind. |
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| Art der Zusammenarbeit | |
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Für diese Technologie werden Lizenznehmer und Kooperationspartner gesucht. |
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