Was ist Laserscanning?
Laserscanning lediglich ein Laserstrahl eine Oberfläche geführt – sei es zum Lesen eines Produkt-Barcodes, zur Projektion einer Lasershow oder zum Schweißen einer Karosserie. Obwohl das Prinzip einfach ist, Laserscanning die tatsächlich für Laserscanning eingesetzten Technologien recht komplex sein.
Wir alle kommen Laserscanning mit Laserscanning in Berührung. Diese Technik wird eingesetzt, um beim Einkauf im Geschäft einen Laserstrahl den Barcode eines Produkts zu führen. Laserscanning jedoch auf weitaus vielfältigere Weise genutzt. Tatsächlich ist die Bandbreite der Scan-Anwendungen so groß, dass es sinnvoll ist, sie in drei Hauptkategorien zu unterteilen:
Zweck |
Prozess |
Häufige Anwendungsbereiche |
Datenerfassung und Bildgebung |
Der Laser wird eingesetzt, um bestimmte physikalische Eigenschaften eines Objekts zu ermitteln – Größe, Form, räumliche Position, räumliche Ausrichtung, Farbe, Farbabweichungen, Oberflächenstruktur, chemische Zusammensetzung und vieles mehr. Zu diesem Zweck Laserstrahl der Laserstrahl über eine Oberfläche oder innerhalb eines Volumens gescannt. Das projizierte Lasermuster wird dann abgebildet – oder das zurückgeworfene Licht (durch Reflexion, Streuung oder Fluoreszenz) wird erfasst – und analysiert, um die gewünschten Informationen zu gewinnen. |
Lesen von Barcodes, QR-Codes, Datamatrix-Codes und ähnlichen Codes. Messung der Abmessungen von Produkten, die auf einem Förderband vorbeilaufen, um Einheiten zu identifizieren, die nicht den Spezifikationen entsprechen. Einen Laserstrahl eine Landschaft scannen, um in einem fahrenden Fahrzeug LIDAR-Messungen durchzuführen. Bildaufnahme von Lebensmitteln (wie Garnelen oder Nüssen), die auf einem Förderband vorbeilaufen, um sie nach Größe zu sortieren oder nicht konforme Produkte zu identifizieren. Das Scannen eines realen Objekts, wie beispielsweise Zähne oder das Innere eines Gebäudes, um ein präzises Computermodell zu erstellen Konfokalmikroskopie, bei der der Laserstrahl durch ein Mikroskop auf eine Probe gerichtet und über diese abgetastet Laserstrahl , um ein Bild zu erzeugen Optische Kohärenztomographie (OCT) für die medizinische Bildgebung Prüfung von Halbleiter |
Datenschreiben und -anzeige |
Das Laserlicht wird dazu verwendet, Informationen anzuzeigen oder Muster und Bilder zu erzeugen. Dazu Laserstrahl der Laserstrahl über eine Oberfläche oder durch ein Volumen Laserstrahl , wobei seine Intensität moduliert wird. |
Abtasten einer rotierenden fotoleitenden Trommel in einem Laserdrucker Lasershows und Beschilderung Laserausrichtungsgeräte für Bauwesen und Vermessung |
Materialbearbeitung |
Ein Laser wird eingesetzt, um ein Material räumlich variierend physikalisch zu verändern (schneiden, schweißen, abtragen, schmelzen usw.) oder zu beeinflussen (glühen, verfärben, erwärmen usw.). Dies geschieht, indem der Laserstrahl eine Oberfläche oder durch ein Volumen geführt wird, während seine Intensität moduliert wird. |
Kennzeichnung Schweißen Schneiden Gravur Wärmebehandlung Verkleidung |
Die eben aufgeführten Anwendungsbereiche – die nur einen kleinen Ausschnitt der Laserscanning darstellen – stellen sehr unterschiedliche technische Anforderungen. Dazu gehören Parameter wie die Scangeschwindigkeit, die Größe der zu erfassenden Fläche oder des Volumens, die erforderliche Laserleistung, die Kosten, die Größe, die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Scanners sowie vieles mehr. Um den vielfältigen Anforderungen dieser Anwendungen gerecht zu werden, wurden verschiedene Scantechnologien entwickelt.
Die meisten Anwendungen nutzen eine von drei Abtasttechnologien – Galvanometer , Polygonspiegel oder akustooptische Deflektoren. Es lohnt sich, einen Blick auf die Funktionsweise jeder dieser Technologien sowie auf ihre betrieblichen und praktischen Eigenschaften zu werfen.
Galvanometer
Ein Galvanometer besteht aus einem Spiegel, der auf einer frei drehbaren Welle befestigt ist. An der Welle ist zudem ein Magnet angebracht. Die Welle ist in einer Spule aufgehängt; wird die Spule mit Strom beaufschlagt, dreht sich die Welle (und damit der Spiegel).
Je nach Art der Aufgabe werden Galvanometer häufig paarweise eingesetzt. Konkret werden sie in diesem Fall so montiert, dass ihre Scanrichtungen im rechten Winkel zueinander Laserstrahl . Dadurch kann der Laserstrahl jeden Punkt in einer Ebene Laserstrahl . Bei vielen Anwendungen kommen spezielle Scanoptiken, wie beispielsweise eine Linse, zum Einsatz, um den Strahl auf die Zielfläche zu fokussieren.
Abbildung 1.Galvanometer werden häufig paarweise eingesetzt, um ein 2D-Abtastmuster zu erzeugen.
Galvanometer bieten operative Flexibilität, da ihre Bewegung während des Betriebs computergesteuert werden kann. Sie können paarweise eingesetzt werden, um 2D-Vektormuster über relativ große Scanwinkel (typischerweise bis zu ±20°) zu erzeugen. In Verbindung mit großen Spiegeln können sie für große Strahlgrößen genutzt werden. Zusammen machen diese Eigenschaften sie ideal für Anwendungen wie Lichtshows, Materialmarkierung und -schweißen, biomedizinische und ophthalmologische Bildgebung, konfokale Mikroskopie sowie laserunterstützte medizinische Behandlungen.
Polygon-Scanner
Das Kernstück eines Polygonscanners ist ein polygonförmiges Bauteil, dessen Kanten poliert und spiegelglatt beschichtet wurden. Dieser Polygonspiegel ist auf einer Motorwelle montiert und wird mit hoher Geschwindigkeit gedreht. Dadurch kann ein Laserstrahl schnell in eine Richtung gescannt Laserstrahl .
Wie bei Galvanometer kommen auch bei Polygonscansystemen häufig spezielle Scanoptiken zum Einsatz. Es ist nicht ungewöhnlich, dass diese Optiken als lange, schmale Streifen ausgeführt sind, da der Laserstrahl sie nur auf einer schmalen, geraden Bahn Laserstrahl . Dies reduziert die Größe und das Gewicht des Scansystems erheblich.
Abbildung 2. EinPolygonscanner kann einen Laserstrahl schnell Laserstrahl eine einzige Richtung bewegen.
Polygonale Scanner eignen sich hervorragend für Anwendungen, bei denen unidirektionale Scans mit hohen Geschwindigkeiten erforderlich sind. Sie können über sehr große Scanwinkel (über 50°) hinweg arbeiten. Wenn eine zweidimensionale Abdeckung erforderlich ist, werden sie in der Regel mit einer Form der Teilebewegung in der zur Scanrichtung senkrechten Richtung kombiniert, um ein Rastermuster zu erzeugen. Diese Eigenschaften machen sie ideal für Anwendungen wie Laserdrucker, LIDAR und bestimmte Anwendungen in der Hochgeschwindigkeits-Materialbearbeitung, wie die großflächige Oberflächenbehandlung und die Strukturierung dünner Schichten.
Akusto-optische Ablenker
Der akustooptische (AO) Deflektor besteht aus einem Block aus transparentem Material, an dessen Seite ein piezoelektrischer Wandler angebracht ist. Bei Ansteuerung mit Radiofrequenzen erzeugt der piezoelektrische Wandler eine Schallwelle (Druck-/Dichtewelle) im Kristall. Dies bewirkt eine variable, periodische, räumliche Änderung des Brechungsindex des Materials Brechungsindex wie ein Beugung wirkt. Dieses Gitter lenkt einen eingehenden Laserstrahl einen Betrag ab, der von seiner Periode abhängt. Durch Variieren der Frequenz des Eingangssignals ändert sich somit der Ablenkwinkel des Strahls.
Abbildung 3. Einakustooptischer Deflektor lenkt einen Laserstrahl Beugung ab Beugung verfügt über keine beweglichen Teile.
The absence of any moving mechanical parts (and hence inertia) allows acousto-optic deflectors to achieve much higher scan speeds than the other technologies – well into the MHz range. Plus, they are capable of “random access” scanning – this is the ability to quickly jump from one point in the scan field to another. However, they can only deflect the beam over a very limited angular range – a few degrees at most. And they only offer small aperture (<2.5 mm) sizes. This makes them most useful for specialized uses in laser cooling, laser tweezers, microscopy and medical imaging, and some graphic arts applications.
Neben diesen drei gängigen Scannertypen gibt es zahlreiche weitere Technologien für spezielle Anwendungsbereiche. All dies trägt zur enormen Vielfalt der Laserscanning bei.