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laser-scanner zur konturerfassung laser serie lscan · laser-system zur geometrischen profilerkennung für schweissnahtprüfung nutvermessung türspaltvermessung etc · messbereiche 8 220 mm grössere messbereiche auf anfrage · scan-messbereiche 5 120 mm · auflösung bis 0,03 mm · schutzart ip64 · lichtquelle laser 670 mm 1 mw · scanfolge 50 oder 25 scans/s einstellbar · betriebsdauer laser-diode 50.000 h · vibrationsfest 10g 1 khz · triangulationsprinzip 22.03.06

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-2funktionsbeschreibung der scanner lscan dient zur 2-dimensionalen erfassung von höhenprofilen auf objekten aus unterschiedlichen materialien dazu wird eine laserlinie auf das meßobjekt projiziert und durch triangulation der abstand zur objektoberfläche vermessen gemessen wird die höhe z-achse über eine distanzlänge x-achse als ergebnis erhält man die objektkontur an der meßstelle alle 20 ms steht ein kompletter scan mit je 283 meßpunkten oder alle 40 ms ein scan mit 566 meßpunkten zur verfügung der bereich für die x-achse liegt zwischen 5-200 mm und für z zwischen 8-500 mm siehetypenübersicht ab seite 8 zprof il x lscan a n fa ngme ß bere ic hscanbere ic h x -a chse m e ß bere ic h z -a chse m e ß o b je ktlaser lin ie abbildung 1 einsatzgebiet der sensor eignet sich für die geometrische profilerkennung und abstandsmessung typische anwendungen genaue führung von handling-robotern scheibenmontage karosseriepositionierung spaltjustage in der automobilindustrie schweißnaht-verfolgung und qualitätsüberwachung schnelle vermessung der position von lochausschnitten spalten/kanten in blechen bei automatischer montage der breite und tiefe von nuten von objekten auf 3d-meßmaschinen und zerklüfteten profilen aller art von smd-bauteilen im produktionsablauf objektüberwachung kollisionskontrolle objektunterscheidung und vollständigkeitsprüfung meßprinzip der linienscanner lscan funktioniert nach dem prinzip der triangulation die laserlinie wird von einer gepulsten laserdiode und einer linien-optik erzeugt die vom meßobjekt diffus reflektierte lichtenergie der projizierten laserlinie wird von einem ccd-array 2-dimensional erfaßt abbildung 1 die unterschiedliche höhenkontur des objektes bewirkt eine auslenkung der laserlinie diese auslenkung wird trigonometrisch korrigiert und ausgewertet neben der abstandsinformation z-achse wird auch die jeweilige position des abtastpunktes x-achse auf der laserlinie vom linienscanner bereitgestellt sensoraufbau der sensor zeichnet sich durch einen sehr kompakten aufbau aus da linearisierung und abstandsmessung durch eine integrierte hardware bereits im sensor durchgeführt werden.der prinzipaufbau des linienscanners lscan wird in abbildung 2 dargestellt die unempfindlichkeit gegen fremdlicht bis 5000 lux wird durch die verwendung eines schmalbandigen filters gewährleistet die linienscanner entsprechen der laserschutzklasse 2 die optiken sind durch eine optional auswechselbare kunststoffscheibe geschützt der sensor enthält keine bewegten teile und ist somit völlig verschleißfrei abhängig vom meß und scanbereich besteht ein sensor entweder aus einem sensorkopf der über ein ca 2m langes kabel mit der auswerteelektronik verbunden ist oder aus einem großen sensorkopf in dem die signalvorauswertung integriert ist.

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-3funktionsbeschreibung sensorau fb autypenabh ä n g ig getrenntvonauswertungob je k t iv ccdc a m e ra c h ip erfassungsbere ic h datenausgabe und systemintegration x um die anwendung des sensors zu erleichtern stehen eine reihe von schnittstellen und verarbeitungsoptionen bereit ausgabe des objektprofils zur weiteren verarbeitung analog s abschnitt montage ausrichtung des sensors x und z-achse 0 10 v x und z-achse 0 4 20ma optional digital s abschnitt konfiguration des sensors epp/ps2 port bidirektionale druckerschnittstelle aufgabenspezifische auswertung der profildaten im sensor durch integrierten pc104 z.b spaltbreite gut/ausschuß laser l in ie nopt ik zana lo gausg ä ngex 0 1 0 vauswe rtu n g s te u e ru n g l in e a r is ie rung 1 0 b it dac z 0 1 0 v x 4 2 0 m a z 4 2 0 m a s tro beana lo ggndeppschn it tste lle f if o 4096 x 8 b it f if oempty messung pc 104 o p t io n a l l e d statusanze ig e s tro m v e rs o rg ungvcc 1 8 2 8 v 450 m a 0 v t r ig gere in gang erkennung und r s 232 o p t io nalwe it ereschn it tste lle n nurbei ty p 2 3 s ta n d a rd sonst o p t io n ausgabe des ergebnisses über rs 232 rs485/422 optional ps2 port optional das meßprinzip im detail scanbere ic h x in abbildung 3 ist das meßprinzip des sensors dargestellt in der meßanordnung 3a schaut der sensor auf das zu vermessende objekt der scanner arbeitet physikalisch als winkelscanner so daß das objekt fächerförmig durch die sichtstrahlen abgetastet wird für jeden sichtstrahl berechnet der sensor den sichtpunkt auf dem meßobjekt angedeutet durch schwarze punkte die koordinaten der sichtpunkte werden linearisiert und als wertepaare ausgegeben abbildungen 3b und 3c wie aus abbildung 3b ersichtlich ist hat dies zur folge daß der abstand der meßpunkte in x-richtung nicht konstant ist das reale profil erhält man erst in der darstellung zx wie bei der xy-betriebsart eines oszilloskops s abbildung 3d das läßt sich leicht nachvollziehen indem man die beiden analogausgänge x und z an ein oszilloskop in der xy-betriebsart anschließt m e ß bere ic h z a x t b z t c z x abbildung 3 d

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-4das meßprinzip im detail in den bereichen in denen der sensor das meßobjekt nicht erkennen kann sind die werte von x und z undefiniert bzw bleiben die letzten gültigen werte an den analogausgängen stehen auf dem oszilloskop im xy betrieb entsteht eine lücke fehler können entstehen durch direkte reflexion des lasers auf spiegelnden oberflächen mehrfachreflexionen an kantensprüngen zu dunkle objekte extreme schwankungen der oberflächeneigenschaften kein objekt im meßbereich abschattungen teilweise transparente oberflächen besonders bei kunststoffen oder glasartigen materialien hinweise für die auswertung die abstände der meßpunkte in der x-achse sind nicht konstant und wachsen mit steigender entfernung vom sensor die reihenfolge der punkte in x-richtung kann an manchen stellen vertauscht sein wenn man die digitale schnittstelle nutzt muß für jeden meßpunkt das zugehörige intensitätssignal ausgewertet werden um ungültige werte auszublenden wie in abbildung 4 dargestellt zur datenauswertung und -filterung steht standardsoftware für windows 3.1x win 95/nt sowie für dos zur verfügung s abschnitt software se nsor m e ß o b je ktzscanda te n z n nimeßpunkt n um m er intens it ä t i x n m eßpunkt n um m er bere ic hausb le nden abbildung 4

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-5einsatzhinweise montage ausrichtung des sensors mit steigender entfernung des meßobjekts vom sensor wird die auflösung der messung geringer flächen auf die der sensor senkrecht blickt werden optimal erkannt während flächen die nahezu parallel zum laserlicht verlaufen schlechter erkannt werden gegebenenfalls ist der sensor etwas geneigt zum meßobjekt auszurichten um optimale ergebnisse zu erzielen der sensor ist isoliert zu montieren um hochfrequenzstörungen zu vermeiden bei sensoren mit vom sensorkopf getrennter auswerteelektronik sind sensorkopf und auswerteelektronik aufeinander abgestimmt und dürfen nicht gegeneinander ausgetauscht oder verwechselt werden das kabel darf nicht gekürzt oder verlängert werden konfiguration des sensors einstellung der belichtungszeit die belichtungszeit kann von 1/250 s bis 1/4000 s eingestellt werden s abschnitt einstellung der belichtungszeit kurze belichtungszeiten sind bei hellen oder schnell bewegten objekten sinnvoll optimal für die meisten fälle ist eine belichtungszeit von 1/250 s standardeinstellung ab werk externe synchronisation um die messung genau mit einem ablaufenden prozess zu synchronisieren besteht die möglichkeit den sensor extern zu triggern und so den meßzeitpunkt genau festzulegen siehe abschnitte einstellung dauer/einzelmessung und eingangssignale erzielen der vollen meßgenauigkeit die auflösung in x-richtung scanbereich anzahl der meßpunkte je scan und die meßwiederholrate hängen von der eingestellten betriebsart ab standardmäßig wird das meßobjekt 50 mal in der sekunde abgetastet dabei werden 283 meßpunkte x z intensität je scan ermittelt um die volle auflösung in x-richtung von 566 meßpunkten zu erreichen müssen 2 aufeinanderfolgende scans zu einer messung zusammengefügt werden sodaß sich eine meßrate von 25 hz ergibt siehe abbildung 5 dabei ist folgendes zu beachten bewegt sich das meßobjekt nicht oder nur sehr langsam ist das zusammenfügen der zwei aufeinanderfolgenden messungen vollkommen unproblematisch wenn jedoch bewegte objekte vermessen werden sollen muß der sensor auf vollbildbelichtung eingestellt werden in dieser betriebsart werden alle meßpunkte auf einmal erfaßt die zwei aufeinanderfolgenden halbscans können nun ohne bewegungsbedingten versatz zu einer messung zusammengefügt werden nachteilig ist die etwas erhöhte fremdlichtempfindlichkeit des sensors in dieser betriebsart da die zweite hälfte der messung im licht-empfindlichen teil des ccd-elements zwischenge-speichert werden muß z 1 teilmessung z x 2 teilmessung z x gesamtmessung abbildung 5 x

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-6einsatzhinweise laserschutz die lscan laser scanner weisen die schutzklasse 2 oder klasse 3a auf für diese geräte sind folgende warnschilder vorgeschrieben s abbildung 6 die schilder sollen vor einem unbeabsichtigten blick in den strahl warnen und müssen sichtbar angebracht sein so daß sie in jedem fall gelesen werden können bevor in den strahlengang gesehen wird die strahlung dieser leistungen ist jedoch noch so gering daß beim direkten blick in den laserstrahl durch den lidschlussreflex des auges eine größere augenverletzung verhindert wird der blick auf die diffus reflektierte laser-linie ist unbedenklich ls rtalna esr hgunhnesa lb c e i ti dnthlkncrilsrlse2 a eka s 6 5n 7 m 1m w dip-schalter die oben vorgestellten betriebsarten können mit den dip-schaltern sw1 sw4 eingestellt werden werkseitige einstellungen sind mit gekennzeichnet hinweis die einstellung der sw kann extern durch geeignete software überschrieben werden einstellung der belichtungszeit die belichtungszeit kann von 1/120 bis 1/4000 sekunde eingestellt werden sw1 on off on off sw 2 on on off off belichtungszeit 1 1 1 1 /120 /250 /1000 /4000 einstellung dauer einzelmessung sw 3 off on dauer einzelmessung kontinuierliche messung einzelmessung mit trigger kontinuierliche messung das meßobjekt wird mit der eingestellten meßrate vollbildmodus 25 hz halbbildmodus 50 hz abgetastet die meßwerte werden kontinuierlich über die schnittstelle ausgegeben einzelmessung nach einem triggersignal wird eine einzige messung durchgeführt die analogen meßwerte werden sofort ausgegeben die digitalen werte werden im sensor zwischengespeichert und können zu einem späteren zeitpunkt ausgelesen werden auslesen der daten über epp-schnittstelle s abschnitt analoge ausgänge es stehen zwei triggermöglichkeiten zur verfügung triggereingang pin 11 sub-d-15polig ttl pegel steigende flanke epp-schnittstelle belichtungssteuerung sw 4 off on dauer einzelmessung halbbildmodus vollbildmodus halbbildmodus 50 scans/s halbe auflösung in der x-achse unempfindlicher gegen umgebungslicht durch mögliche steuerung der belichtungszeit vollbildmodus 25 scans/s volle auflösung in der x-achse empfindlicher gegen umgebungslicht die schalter sw 5 8 sind für testzwecke und dürfen nicht verändert werden die werkseinstellung ist wie folgt sw 5 on sw 6 off sw 7 on sw 8 on

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-7schnittstellen led-anzeigen funktion power no function intens 1 intens 2 function farbe grün rot rot gelb grün bedeutung spannung vorhanden sensor defekt kein meßobjekt vorhanden zu geringe intensität reflexion des meßobjekts ganz oder teilweise zu gering blinkt wenn der sensor korrekt funktioniert analoge ausgänge die ausgabe der daten eines scans dauert 20 ms jeder meßwert besteht aus zwei werten x und z die gleichzeitig ausgegeben werden je-des der 283 wertepaare liegt 64 µs lang an es ist zu beachten daß die zeitliche bewertung des abstands z nicht aus-reichend ist d.h zt ist nicht linear für die richtige zuordnung im scan-bereich ist das signal x zu verwenden analog dem x-y betrieb eines oszilloscopes wird das meßobjekt an einigen stellen nicht erkannt blei-ben die letzten werte von x und z erhalten bis wieder gültige werte für x und z vorliegen die analogen werte werden als spannung 0-10v und optional zusätzlich als strom 4-20ma aus-gegeben beginn und ende eines scans werden durch ein strobe-signal gekennzeichnet strobe signal 5 v 24 v 0v 10 v 20 ma fern unten zt nah 0v 4 ma xt oben 20msec t 10 v 20 ma z 0v 4 ma x 10 v20 ma digitale ausgänge der sensor kann die scan-daten digital über einen epp/ps 2 port ausgeben bidirektionale drucker-schnittstelle b e le gungeppschn it tste lle 1 wr d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 gnd w a it gnd gnd gnd gnd gnd f if o _e f 13 25 gnd 14 rd abbildung 7 /wr do-d7 /rd /wait schreiben auf sensor daten vom pc lesen vom sensor /wr 2 5 p o l s u b dbuchse s ensor do-d7 /rd /wait 500ns daten vom sensor 500ns abbildung 9 daten gültig abbildung 8 zum auslesen der scandaten über die parallele schnittstelle stellt waycon treibersoftware für dos und windows 3.1x sowie win 95/nt zur verfügung s abschnitt 8 für mehr informationen fordern sie bitte das datenblatt lscanepp.doc an.

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-8schnittstellen eingangssignale triggereingang zur auslösung einer einzelmessung die einzelmessung wird bei low-high-Übergang gestartet während einer messung wird kein weiterer triggerimpuls vom sensor akzeptiert das triggersignal muß ttl-pegel haben steuerung des sensors über den epp-port folgende funktionen können über den epp-port beeinflußt werden alle funktionen die durch dip-schalter eingestellt werden können epp-befehle überschreiben die dip-schalter-einstellungen regelung der sendeleistung des lasers empfindlichkeit der kamera triggerung des sensors analog zum separaten triggereingang die von waycon zur verfügung gestellte treibersoftware enthält auch funktionen zur sensorsteuerung s abschnitt software für mehr informationen fordern sie bitte das datenblatt lscanepp.doc an datenübertragung Übertragung der scandaten über kurze entfernungen die standardausgänge des sensors sind für eine Übertragung der daten über kurze entfernungen vorgesehen bei digitaler Übertragung durch den epp-port beträgt die maximale kabellänge ca 2m abbildung 10 die entfernung die mit den analogen aus -gängen überbrückt werden kann richtet sich nach den umgebungsbedingungen und ist bei starker störeinstrahlung kleiner abbildung 11 die kabel müssen abgeschirmt sein die länge bei verwendung der spannungs-ausgänge 0 10v sollte 10m nicht überschreiten bei hohem störpegel oder großer entfernung sind die stromausgänge 4-20ma zu verwenden Übertragung der digitalen daten max 2m lscan max 1,6mbaud pc epp/ps2 parallel port abbildung 10 Übertragung der analogen daten oszilloskop z lscan a/d strobe x a/d wandler Übertragung über große entfernung abbildung 11 aufgrund der hohen datenrate bei der Übertragung des kompletten objektprofils ist zur Übertragung über große strecken einiger aufwand notwendig abbildung 12 zur Übertragung der scandaten über große entfernungen max 50 m werden die daten im lscan serialisiert der converter setzt die seriellen daten wieder in parallele daten um damit sie über den epp/ps2 port in den pc eingelesen werden können die maximale datenübertragungsrate beträgt 1,6 mbaud datenübertragung bis max 50m lscan max 50m converter max 2m pc epp/ps2 parallel port abbildung 12 systemanforderung pc pentium mit epp/ps2-schnittstelle

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-9datenübertragung die datenrate wird geringer wenn statt des kompletten profils nur das ergebnis der auswertung übertragen wird abbildungen 13 und 14 serielle Übertragung ausgewerteter daten bis max 10 m lscan pc 104 rs 232 rs 232 datenrate max 115 kbaud serielle Übertragung ausgewerteter daten bis max 20 m lscan rs pc 104 232 converter converter rs 232 datenrate max 115 kbaud abbildung 14 abbildung 13 optionen stromausgänge bei typ 2,3,5 serienmäßig pc 104 im sensor zur auswertung der meßdaten digitale datenübertragung über weite strekken wechselbares schutzfenster software mit dem lscan-sensor wird ein software-basispaket mitgeliefert das folgende module enthält windows und dos-software zum einlesen der daten und zur sensorsteuerung -dlls für win 3.1x und win 95/nt für windows nt wird ein spezieller device-treiber benötigt der einen direkten zugriff auf die kernel-mode schnittstellen ermöglicht die dlls enthalten folgende funktionen -dateneinleseroutinen -manuelle sensorkonfiguration -filterung der meßdaten dos-treiber bzw -units zur verwendung mit borland turbo-pascal 7.0 oder borland c beispielprogramme in turbo-pascal 7.0 borland c und delphi ergänzend zum mitgelieferten software-basispaket sind weitere softwaremodule zur datenaufbereitung und -auswertung erhältlich z.b routinen für die datenauswertung -kantenerkennung -spaltvermessung -objekterkennung und -vermessung auf wunsch erstellen wir ihre spezifische anwendung.

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10 technische daten scannerdaten scanner lscan typ meßbereich z mm scanbereich x mm anfang meßbereich mm auflösung z mm auflösung x mm lichtquelle belichtungszeit s laserschutzklasse scanfolge abstandsausgang zulässiges fremdlicht betriebsdauer max vibration betriebstemperatur lagertemperatur luftfeuchte schutzart versorgung oberflächenfarbe 8/5 3 8 5 29 0,03 0,03 10/13 4 10 13 65 0,04 0,04 15/10 2 15 10 25 0,06 0,04 50/30 60/30 100/46 120/54 200/68 220/120 1 2 1 1 1 5 50 60 100 120 200 220 30 30 46 54 68 120 50 45 75 110 90 110 0,15 0,16 0,25 0,30 0,5 0,60 0,10 0,10 0,16 0,20 0,2 0,36 laser 670 nm 1 mw von 1/4000s bis 1/120s programmierbar 2 3a 50 oder 25 scans/s einstellbar 0 10 v epp ps 2 4 20 ma optional 5000 lux laser-diode 50.000h 10g 1 khz 0 bis 40°c 32 bis 104°f -20 bis +70°c -4 bis 158°f 90 rh ip 64 18 28 v 450 ma weiß bis schwarz leicht glänzend nicht spiegelnd 40/20 2 40 20 50 0,10 0,06 auswerteelektronik und sensorkopf voneinander getrennt kabellänge 2m abstandsausgang 4-20ma serienmäßig stiftbelegung 15-pol sub-d-buchse stift 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 i/o signalname gnd analog i_z analog i_x analog z analog x agnd vcc gnd strobe ex trigger clk_b clk_a ser_b ser_a beschreibung masse stromausgang z-achse stromausgang x-achse analogausgang z-achse analogausgang x-achse analoge masse spannungsversorgung masse strobesignal für analog externer triggereingang takt b ttl takt a ttl serielle daten bttl serielle daten attl 4-20ma 4-20ma 0-10v 0-10v 18-28v ttl typ 1,4,5 24 v typ 3,2 ttl bemerkung ooooioioooo optional typ 2 u 3 serienmäßig

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11 technische daten typ 1 gewicht 1050g anfang messbereich typ 2 gewicht 350g

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12 technische daten typ3 gewicht 380g typ 4 gewicht 1050g

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13 technische daten typ 5 gewicht ca 1400g anfang messbereich auswerteelektronik zu typ 2,3 gewicht 1300g

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14 netto-preise in euro lscan im industriegehäuse 8 10 15 40 50 60 100 120 200 220 mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm lscan-8/5 lscan-10/13 lscan-15/10 lscan-40/20 lscan-50/30 lscan-60/30 lscan-100/46 lscan-120/54 lscan-200/68 lscan-220/120 lscan mit pc-steckkarte 7 340 7 340 7 340 7 340 7 340 7 340 7 340 7 340 7 340 7 910 netto-preise in euro 8 10 15 40 50 60 100 120 200 220 zubehör mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm lscan-8/5 lscan-10/13 lscan-15/10 lscan-40/20 lscan-50/30 lscan-60/30 lscan-100/46 lscan-120/54 lscan-200/68 lscan-220/120 6 615 6 615 6 615 6 615 6 615 6 615 6 615 6 615 6 615 7 356 relais-karte 8 relais at-bus relais-karte 8 relais pc-104 converter seriell auf parallel eep-port converter-anschlußkabel pro m wasserkühlplatte für typ 2 schutzscheibe glas typ 2 schutzscheibe kunststoff typ 1 schutzscheibe kunststoff typ 2 videoausgang 312 312 312 5 376 52 16 16 483 eep-port parallel karte at-bus eep-port parallel karte pci-bus parallel-kabel eep-port pc104-166 mhz 64 mb-ram pc104-266 mhz 64 mb-ram can-bus für pc104 can-bus für at-bus pc 104 interface kabel 37 37 32 1 208 1 628 312 312 158 diese daten können jederzeit ohne vorankündigung geändert werden waycon positionsmesstechnik gmbh e-mail info@waycon.de internet www.waycon.de head office mehlbeerenstrasse 4 82024 taufkirchen tel +49 089 67 97 13-0 fax +49 089 67 97 13-250 office brühl kierberger str 24 50321 brühl tel +49 02232 567944 fax +49 02232 567945

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