از طبقات کارخانه و مراکز تکمیل تا مراکز توزیع، اتوماسیون در حال شتاب است. رباتها، لیفتراکها و پلتفرمهای متحرک اکنون مواد را جابهجا میکنند، محصولات را بازرسی میکنند و با کارگران انسانی هماهنگ میشوند، همگی در محیطهای پویا.
این تغییر باعث افزایش تقاضا برای سنجش پیشرفته شده است: فناوریهایی که به ماشینها اجازه میدهند محیط اطراف خود را با دقت، قابلیت اطمینان و آگاهی متنی یک اپراتور انسانی آموزشدیده درک کنند.
انتظار میرود بازار جهانی اتوماسیون انبار از حدود 30 میلیارد دلار در سال 2025 به بیش از 60 میلیارد دلار تا سال 2030 افزایش یابد و روباتیک با نرخهای رشد سالانه دو رقمی{4}} پیشتاز این هزینه باشد. چالش این است که بسیاری از حسگرهای امروزی-دوربینها، رادارها و لیدارهای معمولی-نمیتوانند با پیچیدگی یا مقیاس استقلال صنعتی همگام شوند.
برای اینکه «همه چیز مستقل» در تولید و تدارکات ممکن شود، فناوری سنجش باید کوچکتر، توانمندتر و به طور چشمگیری مقرون به صرفه تر شود.
چرا حس کردن بیش از هر زمان دیگری اهمیت دارد
سیستم های بینایی برای خودکارسازی کارهای تکراری ضروری بوده اند، اما اغلب در جایی که دقت، سرعت و تنوع محیطی تلاقی می کنند، شکست می خورند.
دوربین ها با تابش خیره کننده، سایه ها و شرایط کم نور مشکل دارند.
حسگرهای زمان--پرواز (ToF) نقشههای عمق مفیدی را ارائه میدهند، اما دقت برد را در طول مسافت و در نور روشن از دست میدهند.
لیدارهای معمولی اما از نظر دقت محدود، گران هستند و برای استقرار{0}}حجم بالا، مقیاس پذیری آنها دشوار است.
محیطهای اتوماسیون صنعتی پیچیدگی بیشتری میافزایند: روکش براق انقباض، پالتهای فلزی بازتابنده، گرد و غبار و لرزش همگی میتوانند در عملکرد سنجش اختلال ایجاد کنند. رباتهایی که در کنار هم کار میکنند باید از تداخل صحبتهای متقابل-هنگامی که دهها حسگر به طور همزمان کار میکنند اجتناب کنند.
نتیجه تقاضای رو به رشد برای کلاس جدیدی از حسگر سه بعدی-که دقت زیر-سانتی متری، ادغام فشرده، و مصونیت در برابر نور یا نویز محیطی را با هم ترکیب میکند است.
آینده اتوماسیون به ادراک بستگی دارد که به همان اندازه که دقیق است مقیاس پذیر باشد. اینجاست که لیدار FMCW مبتنی بر تراشه-از آزمایشگاه به انبار جهش میکند.
FMCW lidar: اندازه گیری فاصله و حرکت با هم
یکی از امیدوارکنندهترین پیشرفتها، لیدار موج پیوسته مدولهشده فرکانس (FMCW) است، فناوری که از همان اصل برد رادار استفاده میکند و در نور اعمال میشود و وضوحی-به-قدر بالاتر را به ارمغان میآورد.
بر خلاف ToF lidar سنتی که زمان بازگشت پالس های لیزر را اندازه گیری می کند، FMCW lidar یک پرتو پیوسته ساطع می کند که فرکانس آن به طور پیوسته "چیکر" می شود. وقتی نور منعکس شده برمی گردد، به طور منسجم با یک کپی از سیگنال ارسالی مخلوط می شود. فرکانس ضربان حاصل هم فاصله تا جسم و هم سرعت نسبی آن را نشان می دهد.
این اندازه گیری دوگانه چندین مزیت حیاتی را برای اتوماسیون صنعتی باز می کند:
محدوده و سرعت در یک اسکن، محاسبات چند قاب را حذف میکند
ایمنی نور خورشید و نور محیط، زیرا سیستم فرکانس را تشخیص می دهد، نه روشنایی
آزادی از گفتگوی متقابل، حتی در محیطهای متراکم چند-روباتی
نسبت سیگنال به-بالا، حفظ دقت از طریق مه، گرد و غبار، یا خیرگی
از لحاظ عملی، FMCW lidar میتواند یک تصویر چند بعدی دقیق-عمق، بازتابپذیری و حرکت- ارائه دهد که به ماشینها اجازه میدهد نه تنها مکان اشیاء، بلکه نحوه حرکت آنها را ببینند.
فوتونیک سیلیکون: کلید لیدار مقیاس پذیر
در حالی که FMCW فیزیک حسگر برتر را ارائه می دهد، فوتونیک سیلیکون مقیاس پذیری را ارائه می دهد.
فوتونیک سیلیکونی با ادغام انتشار نور، هدایت پرتو و تشخیص منسجم بر روی یک تراشه فوتونیک، نیاز به اپتیکهای حجیم، تراز پیچیده و قطعات متحرک را از بین میبرد. این فرآیند از ریختهگریهای نیمهرسانای بالغ-هماننوعی استفاده میکند که اجزای دیتاکام را تولید میکند-که اجازه میدهد حسگرهای لیدار در مقیاس ویفر ساخته شوند.
نتایج می تواند شامل موارد زیر باشد:
کوچک سازی:سنسورها به اندازه کافی کوچک هستند تا در بازوهای ربات یا روبات های متحرک مستقل (AMR) جاسازی شوند.
قابلیت اطمینان:قطعات متحرک کمتری برای فرسوده شدن یا جابجایی.
مقرون به صرفه بودن:هزینههای تولید از طریق-تولید با حجم بالا، مرتباً کاهش مییابد.
سازگاری:تراشههای کالیبرهشده کارخانه، عملکرد یکنواخت را در بین ناوگان تضمین میکنند.
معماری یکپارچه FMCW Voyant نمونه ای از این روند است و به ادغام "lidar-روی-یک-تراشه" هم با امیتر و هم با گیرنده روی یک قالب دست می یابد. این طراحی حسگر سه بعدی پیشرفته را به اندازه یک پردازنده یا حسگر دوربین قابل ساخت میسازد، و آن را در دسترس استقرار مقیاس با استفاده از قابلیت نمایی صنعت سیلیکون قرار میدهد.