雷达模块比一包香烟大不了多少。
摄影:Fraunhofer IAF
如今，没有机器人的工业是无法想象的。安全激光扫描仪主要保护危险区域，保护人们免受碰撞。但光学传感器也有其局限性，例如当塑料表面、灰尘或烟雾阻挡了它们的视线时。夫琅和费的研究人员已经开发了一种新的高频雷达扫描仪，它可以穿过这些障碍。它可以在360度半径内监视周围的环境，这使得它非常适合在人和机器人一起工作的地方进行安全应用。
在“智能”工业4.0操作中，生产系统的连接性日益增强，推动了人与机器之间的交互。现在的趋势是，工业机器人可以在没有防护屏障的情况下运行。这种程度的联合工作的先决条件是，人在任何时候都不能受到威胁——但这恰恰是人与机器人合作的阿喀琉斯之踵。目前，激光扫描仪被用于监控机器周围的危险区域，一旦有人进入该区域，就会立即停止机器。然而，光学传感器并不总是在变化的光线条件下获得可靠的结果。如果烟雾、灰尘或雾限制能见度，它们也不能工作。
弗劳恩霍夫应用固态物理研究所的研究人员开发了一种紧凑的模块化360度雷达扫描仪，在许多方面优于光学传感器。这使得它成为人机协作安全应用的完美选择。雷达的工作原理是毫米波被观察对象(如人)反射。利用数值算法对发射和接收信号进行处理和评估。根据这些计算，可以确定物体的距离、位置和速度。如果使用多个雷达单元，物体在房间中的位置和移动的方向也可以确定。
“我们的雷达并不是聚焦在某一点上。相反，它发出的毫米波呈棒状。与激光扫描仪不同的是，即使能见度被物体阻挡，信号也会被反射。”印度空军科学家克里斯蒂安·泽克解释道。激光扫描仪可以可靠地测量一个目标的距离和位置，例如一个人，只有当目标在一个畅通无阻的视线内工作。然而，印度空军的360度雷达可以穿透光学不透明的材料，这意味着即使有盒子、纸板墙或其他障碍，它也可以识别出员工。
高性价比系统的高频板技术
以前基于波导的毫米波雷达系统体积庞大，价格昂贵。印度空军的扫描仪直径只有20厘米，高70厘米。采用砷化铟镓半导体技术的高频模块比一包香烟还小，位于扫描仪的底部。“如今，毫米波应用主要由生产成本极高的波导主导。由于具有成本效益的安装和互连技术，以及专门开发的电路板，我们可以用集成到仅为78 x 42 x 28毫米的板上的高频模块取代波导。”Zech说。高频模块是雷达扫描仪的关键部件，由印度空军研究人员与夫劳恩霍夫可靠性和微集成研究所IZM以及制造工程和自动化IPA密切合作开发。
除了信号处理器之外，整个系统还包括一个发射和接收天线，该天线带有一个介电介质，即电非导电透镜。一个45度角的自旋转镜将毫米波偏转，引导它们，并评估整个房间。由于采用了介电天线，可以自由选择孔径的角度。这意味着，即使是一厘米大小的附近物体，也能像遥远的大型水面一样容易被探测到。该系统的工作范围取决于应用，最高可达数百米。该扫描仪包括一个以太网接口，因此适用于工业4.0应用程序。
精密距离测量
为了评估360度雷达的测量精度和可靠性，研究人员在实验室进行了数百次测量。与平均值的最大偏差小于一微米;标准差为0.3微米。
欲了解更多信息，请访问https://www.fraunhofer.de．
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