A gyáraktól és a teljesítési központoktól az elosztási központokig az automatizálás felgyorsul. Ma már robotok, targoncák és mobil platformok mozgatják az anyagokat, vizsgálják meg a termékeket, és koordinálják az emberi munkásokkal, mindezt egyre dinamikusabb környezetben.
Ez az elmozdulás megnövekedett keresletet teremtett a fejlett érzékelés iránt: olyan technológiák iránt, amelyek lehetővé teszik a gépek számára, hogy a képzett emberi kezelő pontosságával, megbízhatóságával és környezettudatossággal érzékeljék környezetüket.
A globális raktárautomatizálási piac a 2025-ös körülbelül 30 milliárd dollárról 2030-ra több mint 60 milliárd dollárra növekszik, a robotika pedig kétszámjegyű éves növekedési ütemben vezet. A kihívás az, hogy a mai érzékelők{6}}kamerák, radarok és hagyományos lidar{7}}nem tud lépést tartani az ipari autonómia összetettségével vagy nagyságrendjével.
Ahhoz, hogy a gyártásban és a logisztikában „minden autonóm” lehetőség legyen, az érzékelő technológiának kisebbé, hatékonyabbá és drasztikusan megfizethetőbbé kell válnia.
Miért fontosabb az érzékelés, mint valaha
A látórendszerek elengedhetetlenek az ismétlődő feladatok automatizálásához, de gyakran meghibásodnak ott, ahol a pontosság, a sebesség és a környezeti változékonyság metszi egymást.
A fényképezőgépek megküzdenek a tükröződéssel, árnyékokkal és gyenge{0}}fényviszonyokkal.
A repülési idő--(ToF) érzékelői hasznos mélységtérképeket készítenek, de a távolság és erős megvilágítás mellett elveszítik a hatótávolság pontosságát.
Hagyományos lidarok, de továbbra is korlátozottak a pontosságuk, drágák és nehezen skálázhatók a nagy mennyiségű{0}} telepítésekhez.
Az ipari automatizálási környezetek még bonyolultabbá teszik: a fényes zsugorfólia, a fényvisszaverő fém raklapok, a por és a vibráció mind megzavarhatják az érzékelési teljesítményt. Az egymás mellett dolgozó robotoknak emellett el kell kerülniük a keresztbeszédet{1}}, ha több tucat érzékelő működik egyszerre.
Ennek eredményeként egyre nagyobb az igény a 3D érzékelők új osztálya iránt,-amely egyesíti a centiméter alatti pontosságot, a kompakt integrációt, valamint a világítással és a környezeti zajokkal szembeni ellenálló képességet.
Az automatizálás jövője az észleléstől függ, amely annyira méretezhető, mint amennyire pontos. A chip{1}}alapú FMCW lidar itt ugrik a laborból a raktárba.
FMCW lidar: Távolság és mozgás együttes mérése
Az egyik legígéretesebb áttörés a frekvenciamodulált folytonos hullámú (FMCW) lidar, egy olyan technológia, amely ugyanazt a hatótávolsági elvet használja, mint a radar, fényre alkalmazva, és -nagyságrenddel-nagyságrenddel nagyobb felbontást hoz.
A hagyományos ToF lidartól eltérően, amely a lézerimpulzusok visszatérési idejét méri, az FMCW lidar folyamatos sugarat bocsát ki, amelynek frekvenciája folyamatosan "csipog". Amikor a visszavert fény visszatér, koherensen keveredik az átvitt jel másolatával. Az eredményül kapott ütemfrekvencia megmutatja a tárgy távolságát és relatív sebességét is.
Ez a kettős mérés számos kritikus előnnyel jár az ipari automatizálás számára:
Hatótávolság és sebesség egyetlen letapogatásban, kiküszöbölve a több{0}}kockás számításokat
Napfény és környezeti fény elleni védelem, mivel a rendszer a frekvenciát érzékeli, nem a fényerőt
A keresztbeszéd{0}}mentessége még sűrű, több{1}}robotos környezetben is
Magas jel{0}}/-zaj arány, amely megőrzi a pontosságot ködön, poron vagy tükröződésen keresztül
Gyakorlatilag az FMCW lidar részletes, többdimenziós képet- tud nyújtani a mélységről, a tükröződésről és a mozgásról-, amely lehetővé teszi a gépek számára, hogy ne csak az objektumok hol vannak, hanem hogyan is mozognak.
Szilícium fotonika: A méretezhető lidar kulcsa
Míg az FMCW kiváló érzékelési fizikát, a szilícium fotonika skálázhatóságot biztosít.
A fénykibocsátást, a sugárirányítást és a koherens érzékelést egyetlen fotonikus chipbe integrálva a szilíciumfotonika szükségtelenné teszi a terjedelmes optikát, a bonyolult igazítást és a mozgó alkatrészeket. Az eljárás érett félvezető öntödéket használ-azonos típusú adatkommunikációs komponenseket-, amelyek lehetővé teszik a lidar-érzékelők szeletléptékű építését.
Az eredmények a következőket tartalmazhatják:
Miniatürizálás:Elég kicsi érzékelők ahhoz, hogy robotkarokba vagy autonóm mobil robotokba (AMR) beépítsék.
Megbízhatóság:Kevesebb elhasználódó vagy elsodródó mozgó alkatrész.
Megfizethetőség:A termelési költségek nagyságrendekkel csökkennek a nagy{0}}volumen gyártás miatt.
Következetesség:A gyári{0}}kalibrált chipek egyenletes teljesítményt biztosítanak a flották között.
A Voyant integrált FMCW architektúrája jól példázza ezt a trendet, elérve a „lidar-on-a-chip” integrációt az adóval és a vevővel is ugyanazon a szerszámon. Ez a kialakítás lehetővé teszi a fejlett 3D-s érzékelést processzorként vagy kameraérzékelőként is gyárthatóvá, így a szilíciumipar exponenciális képességeit kihasználva elérhető közelségbe kerül a méretarányos telepítéshez.