TRENDS » Perspektiven
TRENDS » Perspektiven tenintensiver als Non-Scanning LiDAR. Diese weiten den Laserstrahl auf die zu scannende Umgebung aus und benötigen daher keine mechanischen Komponenten. Daher sind sie wartungsfrei und kostengünstiger, decken allerdings ein nicht so großes Sichtfeld ab. Solche Festkörper-LiDARs, auch Solid State LiDAR oder Flash LiDAR genannt, finden sich zum Beispiel im iPhone. Bild: Blickfeld Galle (FMD): Beim konventionellen Scanning-LiDAR wird ein Laserstrahl auf einen rotierenden mechanischen Spiegel gelenkt, der so die Umgebung im 360-Grad-Winkel erfasst. Zwei neuartigere Verfahren sind das MEMS-basierte Scanning-LiDAR und das s.g. Flash LiDAR, die jeweils nur einen Ausschnitt der Umgebung untersuchen. In der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) entwickeln wir Komponenten, die Einsatz in beiden Varianten finden können und darüber hinaus weitere Systemansätze ermöglichen. Im Falle des MEMS-basierten Scanning-LiDAR wird der Lichtstrahl von einem MEMS-Scannerspiegel abgelenkt. So kann die Umgebung schrittweise abgetastet werden, was mittlerweile sehr genaue Messungen auch in großer Distanz möglich macht. Beim Flash- Dr. Florian Petit, Gründer und Chief Experience Officer, Blickfeld GmbH LiDAR-Ansatz wird die zu erfassende Umgebung hingegen auf einmal beleuchtet. Die Flash-LiDAR-Systeme erfassen dabei den jeweiligen Umgebungsausschnitt mittels eines einzelnen Laserblitzes. Das von der Umgebung reflektierte Licht wird anschließend auf einem Photodetektorarray Time-of-Flight LiDAR-Sensoren wie der iC-HN/HN3 von IC-Haus stellen hohe Anforderung an die Lichtpulse der verschiedenen Laserquellen. Kleinste Pulsbreiten und klar definierte Pulsformen sind essenziell für eine präzise Lichtlaufzeit- bzw. Abstandsmessung. abgebildet. Flash-LiDAR-Systeme kommen komplett ohne bewegliche Komponenten aus, was eine äußerst robuste Bauform ermöglicht. Pei (Cepton Technologies): Die Bildgebung mit stationären Komponenten wird üblicherweise als „solid state“ oder „nonscanning“ bezeichnet. Ein traditionelles »Ein großer Vorteil der LiDAR-Technologie ist, dass sie 3D-Daten erzeugt. Diese Daten beinhalten eine große Menge an Informationen und sind leicht zu verarbeiten. « Beispiel ist die „Flash-Bildgebung“. Davon gibt es auch eine leistungsoptimierte Variante, den „sequentiellen Blitz“, die aber erhebliche Kompromisse zwischen FOV, Reichweite und Auflösung erfordert. Beispiele für Scanning-Techniken sind die mechanische Rotation der optischen Arrays (die üblicherweise in 360°-LiDARs verwendet wird), mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) sowie deren Variante, das Makrospiegel-basierte Scanning. Hinzu kommt noch die Micro Motion Technology (MMT), die rotationsfrei, reibungslos und spiegellos ist. Petit (Blickfeld): Um diese Punktwolke zu erzeugen setzen unterschiedliche LiDAR-Hersteller auf verschiedene Technologien. Bei der Flash-Technologie etwa wird die gesamte Szene auf einmal erleuchtet. Dies hat den Vorteil, dass keine beweglichen Teile im Sensor verbaut sind, die sich abnutzen können. Allerdings ist die Reichweite dabei sehr beschränkt. Sehr viel häufiger kommen Technologien zum Einsatz, die das Sensorumfeld abscannen. Bei den Spinning LiDAR-Sensoren werden dabei Lichtquellen und Detektoren übereinandergestapelt und mit einem Motor um die eigene Achse gedreht. Somit erreichen sie ein Sichtfeld von 360°, sind aufgrund der feinen Mechanik aber auch störanfälliger. So genannte Solid-State-Sensoren verzichten auf bewegliche Teile im Sensor-Inneren. Blickfeld beispielsweise setzt auf Silizium- Spiegel, die frei schwingen und somit die Laser-Pulse auf die Szene ablenken. Tzscheetzsch (Analog Devices): Hier gibt es sehr verschiedene Verfahren. Zum einen teilt man die Systeme nach Art des Lasers ein: hier gibt es das Verfahren Scanning und non-Scanning, die Ansteurung des Laser ist entweder Flashed (auch Pulsed genannt) oder nach dem FMCW-Verfahren (Frequency Modulated Continous Wave). Auf der Empfängerseite gibt es Arrays oder einzelne Photodioden, beim Scanner unterscheidet man zwischen Mechanischem Beam Steering durch einen Motor, Steering mit MEMS Mirrors und der optical Phased Bild: IC-Haus 20 KEM Konstruktion » 07/08 | 2021
Array Technology (solid state) und VCSEL Arrays (solid state, eine Art LCD) – alle mit ihren verschiedenen Vor- und Nachteilen. »Industrie-Automation ist ein idealer Einsatz für LiDAR. Gerade dort müssen Waren und Produkte passgenau bewegt und übergeben werden. Dazu positioniert man z.B. Automatische Transport-Fahrzeuge im mm-Bereich.« Harald Weber, Head of Product Unit 2D LiDAR Sensors, Sick Weber (Sick): Linear messende Sensoren (1D) nutzen die lineare, eindimensionale Ausdehnung in Richtung des Messobjekts, um Distanzen und Distanzänderungen auf natürliche Ziele (bis 100 % Remission) oder Reflektoren festzustellen. Dabei sind bei Messungen auf Reflektoren Reichweiten bis 1.500 m erzielbar. Die Entwicklung von 2D-Sensoren hatte das Ziel, die herausragenden Eigenschaften der Messung mit Laser beizubehalten und diese in einem in der Fläche messenden Sensor zu nutzen. Die hierbei verwendete Methode, einen Laserstrahl über einen drehenden Spiegel abzulenken, erscheint einfach. Dennoch steckt die Herausforderung im Detail. Viele scannende Sensoren sind koaxial messende Systeme. Dabei sitzt der Sendestrahl in der Mitte des Empfangsstrahls. Dieser wird nun über einen Drehspiegel abgelenkt. Alle beschriebenen Eigenschaften, die die Messung mit Laser so herausragend machen, bleiben dabei erhalten, etwa die große Reichweite und die Fähigkeit zum Messen auch dunkler Objekte. Bei LiDAR-Sensoren wird die sequenzielle Schussfolge der Laserpulse mit der Rotationsfrequenz des Motors und der gewünschten Winkelauflösung synchronisiert. Üblicherweise bestimmen die maximale Schussfrequenz der Laserquelle und die gewünschte Winkelauflösung die Drehgeschwindigkeit des Motors. Es können während einer Umdrehung nicht mehr Pulse erzeugt werden, als die Laserbeschal- Bild: Sick Aushilfen, Studenten und Absolventen! Sie suchen Personal? Bei uns finden Sie talentierte Mitarbeiter für Praktikum, Aushilfsjob und Berufseinstieg! Jetzt Gutschein-Code: Promo2021 kostenlos testen! 4-wöchige Premium-Anzeige* im Wert von über 142 EUR unistellenmarkt.de *Der Gutschein ist innerhalb von drei Monaten nach Erscheinen dieser Magazin-Ausgabe nur online einlösbar unter www.unistellenmarkt.de. Der Gutschein gilt nur für eine kostenlose vierwöchige Premiumanzeige an einem Standort; nicht für andere Produkte des UNIstellenmarktes bzw. Maßnahmen auf dem Campus sowie Zusatzleistungen oder für mehrere Standorte. Der Gutschein kann nur vor Abschluss des Bestellvorgangs eingelöst werden. Die Barauszahlung des Gutscheins sowie die nachträgliche Anrechnung sind nicht möglich. Der Gutschein ist pro Nutzer nur einmalig einzulösen und nicht übertragbar. Eine Kombination mit anderen Gutscheinen ist nicht möglich. Jeder gewerbliche und kommerzielle Weiterverkauf des Gutscheins ist untersagt. Der Gutschein wird nicht erstattet, wenn der Kunde die mit dem Gutschein bezahlte vierwöchige Premium-Anzeige im Rahmen seiner Mängelrechte rügt. KEM Konstruktion » 07/08 | 2021 21
