Laserstrahl über Oberflächenspiegel umlenken

[jdog]

Hallo zusammen,

ich möchte gerne aufgrund von Platzmangel den Laserstrahl über einen Oberflächenspiegel umlenken um den Abstand zu einer Innenfläche messen zu können. (Triangulationsprinzip)
Der Messbereich muss ja vom Oberflächenspiegel (Breite) abgedeckt werden und ich denke der Mindestmessabstand zwischen Spiegel und Innenfläche muss ebenfalls eingehalten werden?!

Danke für eure Hilfe

[undineSpektrum]

Hallo,

bei einer "klassischen" Triangulation ( rein geometrisch - optisches Meßverfahren ) stört es die Abbildung des Laserspots auf Deinem CCD-Array der Kamera eigentlich gar nicht wenn Du den Strahl durch einen - richtig, wichtig(!) - Oberflächenspiegel umlenkst... die Umlenkung sollte nach Möglichkeit aber nicht auf der Messtrecke liegen...

Ausschlaggebend für die Messung ist ja nur das zwei unterschiedliche "Laserspots" mit und ohne Meßobjekt von einer Beobachtungsoptik entlang gerader Linien aufgenommen und auf den Film / das Array deiner Meßkamera abgebildet werden können ... der Abstand / Größe des Meßobjektes lässt sich ja dann errechnen. -> Gerätekalibrierung.
Die Objektoberflächen sollten dazu nicht spiegelnd sein -> also nicht übewiegend gerichtet reflektieren.

Ich verstehe nicht so ganz was mit "Innenfläche" gemeint ist... ( Skizze vielleicht ) Aber: Hauptsache Anfang und Ende der Meßstrecke können mit dem Lichtfleck Deines Lasers markiert werden und der Lichtstrahl wird auf der Strecke zur Kamera / Objektiv nicht durch irgendetwas drastisch abgelenkt oder verdeckt...

Denke das klappt grundsätzlich wie Du es vorhast...

Grüße,

Undine

[jdog]

Mit Innenfläche meine ich z.B. die eines Rohrstutzen.
Angenommen der Lasersensor hat einen Mindestmessabstand von 50mm und einen Messbereich von 100mm, muss dann der Abstand zwischen Lasersensor und Oberflächenspiegel mindestens 50mm betragen UND auch der Abstand zwischen Oberflächenspiegel und Messobjekt? Oder reicht es wenn die Gesamtstrecke Lasersensor->Oberflächenspiegel zu Messobjekt (Rohrinnenfläche) 50mm beträgt?

Danke für deine Hilfe und Gruß,
jdog

[undineSpektrum]

Hi jdog,

Danke erstmal für die Zeichnung - daraus erklärt sich jetzt in etwa was Du messen willst.

Mindestabstand :
Den solltest Du bei einer Triangulation grundsätzlich einhalten - er verhindert dass Deine Messtrecke ausserhalb des Arrays deiner Kamera / deinem Sensorbereich abgebildet wird und hat eigentlich nichts mit dem Oberflächenspiegel zu tun.
Natürlich sollte der Spiegel immer so orientiert sein dass Anfangs- und Endpunkt Deiner Messstrecke bei einem bestimmten Messproblem immer noch auf den Sensorbereich oder auch Dein Array in der Kamera abgebildet werden - sonst ist keine sinvolle Messung und Auswertung möglich. Denn: Eine Strecke ist immer durch mindestens zwei Punkte - Anfangs- und Endpunkt - definiert, deren Bild in deiner Kamera aufgenommen werden müssen.
Bei zu kleinem Abstand können sich diese Messpunkte über den "Rand" einer lichtempfindlichen Fläche in der Kamera hinausbewegen - deshalb das ganze. -> siehe dazu Abbildungsmaßstab.

Aber bei Deiner Zeichnung stellt sich ein weiteres grundsätzliches Problem: Welche Strecke willst Du denn genau ausmessen? Willst Du eine Länge auf der Rohrinnenwand mit Deinem Spiegel als Hilfsmittel bestimmen oder den Innendurchmesser / Innenradius des besagten Rohres? Das ist da leider trotz Beschriftung völlig unklar - hilf´mir mal auf die Sprünge...

Das Verfahren der Triangulation ist ja ein Messverfahren bei welchem der Laserstrahl nur zur Markierung bestimmter Stellen als Anfangs- und Endpunkte einer zu bestimmenden Länge / Strecke dient, weil das Laserlicht konzentrierter ist als das Licht anderer Lichtquellen. Die Lichtflecke auf der diffus reflektierenden ( und manchmal auch bewegten ) Oberfläche sind auch bei Tageslicht gut sichtbare Markierungen dieser Punkte - wie kleine Lampen an einem hohen Gebäude bei Nacht zum Vergleich.
Die Kamera bildet diese herausgehobenen Punkte auf einem CCD-Array oder einer Fototransistorzeile ab die elektronisch ausgelesen wird. Dadurch wird der Abstand der Bildpunkte elektronisch bestimmt.
Daraus kann dann die mit dem Laser markierte Meßstrecke unter bestimmten Voraussetzungen (Mindestabstand) und bei bekannten, festen Parametern des Gerätes und / oder der Triangulationsanordnung errechnet werden.
Ist das bei Deinem Gerät auch so oder was ist es genau für ein Gerät? (z.B. Typbezeichnung)
Ansonsten gilt auch noch, was ich vorhin schon schrieb.

Die Bestimmung einer Strecke auf der Innenseite eines Rohres würde ich bei einer Triangulationsmessung wie folgt ausführen - Messung 1 ist die Festlegung des Anfangspunktes und Messung 2 die des Endpunktes der Messstrecke und werden nacheinander ausgeführt:

MESSUNG1.jpg

Den Rohrinnendurchmesser würde ich eher so bestimmen:

Messung2.jpg

Wichtig ist bei einer Triangulation dass das Bild der mit dem Laser markierten Messstrecke auf dem Sensor / Array erscheint - deshalb auch der Mindestabstand.
Der Abstand zweier genau hintereinanderliegender Punkte unterschiedlicher Entfernung zum Sensor kann im allgemeinen nicht bestimmt werden.
Wichtiger Hinweis dazu:
Viele (z.B. in Baumärkten) erhältliche Messgeräte messen mit Hilfe von kleinen zeitlich in der Strahlungsleistung modulierten He-Ne´s oder Diodenlasern Strecken aus - es sind aber keine Triangulationsmessgeräte für die andere Bedienungsregeln und andere Planungen der Messungen erfolgen müssen. Sie basieren auf der Laufzeitmessung von Lichtsignalen und arbeiten eher wie ein "optisches Radar".
Bezugnehmend auf Deine Zeichnung : Ich habe den "Verdacht" dass Du vielleicht eher so etwas benutzt ... kann das sein?
Im Zweifel:
Wie immer hat die Sprache nicht nur recht sondern verweist auf tiefgehende Zusammenhänge die das Meßverfahren und seine mathematischen Grundlagen "erklären" :In dem Wort Triangulation steckt der Begriff "Triangel" - und das bedeutet ja soviel wie "drei Winkel" , d.h. die Länge der Meßstrecke wird mit Hilfe von "Dreiwinkeln"=Dreiecken und deren mathematischen Seitenverhältnissen abgeleitet / errechnet.
Der Abstand ( der nicht kleiner sein darf als der Mindestabstand ) zum Meßobjekt ( oder einem mit dem Laser markierten Meß"punkt" darauf ) aber auch die Messstrecke selber - auf der einen Seite der Kameralinse - sowie der Abstand der Bildpunkte auf dem Sensor und die Bildweite - auf der anderen Seite der Kameralinse - das sind die Seiten aus denen die beiden, benötigten Dreiecke ("Triangel") konstruiert werden können.
Von einer Laufzeitmessung macht dieses Verfahren gar keinen Gebrauch.

Konnte ich damit weiterhelfen? Ansonsten beantworte ich gerne weitere Fragen...

Grüße,

Undine

[jdog]

Erstmal vielen Dank für deine ausführliche und hilfreiche Antwort.
Als Lasersensor wollte ich schon einen mit Triangulationsverfahren nehmen, da ich gerne auf 0,1mm genau messen würde.

Im ersten Schritt möchte ich nur mal den Innendurchmesser des Rohres vermessen und deine Lösung sieht auch recht interessant aus, an diese Möglichkeit habe ich bisher noch nicht gedacht!
Wenn ich jedoch zusätzlich variierende Innendurchmesser vermessen will (z.B.: einmal Ø50mm bei der nächsten Messung Ø300mm), dann müsste ich aber mit der Kamera/CCD-Array näher an das Messobjekt (=Rohr) fahren, da der Laserstrahl sonst nicht mehr auf dem Sensorbereich abgebildet werden kann weil der Einfallswinkel des reflektierten Lichts zu steil bzw. zu flach wird?

Danke und Gruß,
jdog

[undineSpektrum]

Hallo,

... richtig, Du triffst den Punkt!
Größere Durchmesser -> größeres Bild ( Bildgröße ist proportional dem Rohrinnendurchmesser -> Messtrecke/Gegenstandsgröße )
Nicht anders besagt ja der Strahlensatz im "Triangel" ( = Dreieck ).
Bei zu großen Gegenstandsgrößen = Meßstreckenlängen ist eine Abhilfe die Markierungen ( = Lichtflecken des Laserstrahls ) tiefer in das Rohr hineinzuverlegen, also weiter weg zu gehen...
Das ist genauso wie auch bei der Abbildung eines Gegenstandes im Fotoapparat oder Auge - denn genau so etwas ist ja Deine Triangulationsmesskamera.
Das Bild auf dem Sensor aus einer Meßstrecke fester Länge (Rohrinnendurchmesser!) in größerer Entfernung wird kleiner - so auch der Abstand zwischen den Markierungen - bei fester Bildweite!
Ich habe das noch einmal aufgezeichnet hier - das erklärt auch - denke ich mal - deutlich wie es zu dem "Mindestabstand" ( bei optimaler Geräteausnutzung! ) kommt:

PERSPEKT.jpg

Dieses Zeichnung erklärt z.B. auch wie im menschlichen Gesichtfeld (Auge) die Perspektive entsteht - das weit Enferntes klein und Näheres größer gesehen wird ....
Optimale Ausnutzung würde hier bedeuten, dass Du weißt wo die Rohrmitte ist ... und das weißt Du ja nur in etwa, wenn der Innendurchmesser bestimmt werden soll. Der Spiegel hilft dann nur dabei die Lichtmarkierungen des Lasers an die "richtige" Stelle im Rohr zu bringen -> das kannst leider nur Du selber in Deiner Werkstatt oder in Deinem Labor entscheiden wo das am besten ist.
Also : Ist das Bild zu groß -> ein bisschen weiter mit dem Gerät von der Meßstrecke weg. Ist wie beim Fotografieren oder beim Auge - Du trittst ja auch etwas weiter zurück um ein großes Gebäude oder eine großes Bild / Plastik betrachten zu können - oder?

Falls Du noch Fragen hast...

Grüße,

Undine

[jdog]

Vielen Dank für deine Hilfe, jetzt sind mir einige Dinge ersichtlicher.

Gruß jdog