Lidar steht für Light Detection And Ranging. Statt Radiowellen wie beim Radar nutzen solche Systeme Laserstrahlen zur Abstandsmessung und Umgebungserfassung, indem sie dreidimensionale Bilder erzeugen. Photodioden empfangen das von der Oberfläche des Objekts reflektierte Licht des Lasers und ermöglichen so Rückschlüsse auf die Geschwindigkeit und die Position. Je präziser die Dioden das Empfangssignal erkennen und verarbeiten, umso besser ist die Qualität der Sensoren und umso sicherer erfasst das System auch kleine und dunkle Objekte mit geringerer Reflektivität.

Präzise Messung in Nanosekunden

Eckdaten

Avalanche-Photodioden sind Dioden mit internem Verstärkungsmechanismus. Photonen generieren Elektron-Lochpaare die mithilfe der angelegten äußeren Spannung so beschleunigt werden, dass aufgrund von Stoßionisation weitere Elektronen ins Leitungsband gehoben werden. Diese sekundär entstandenen Elektronen nehmen wiederum genügend Energie auf, um weitere Elektronen ins Leitungsband zu heben. So lässt sich ein Multiplikationsfaktor von einigen Hundert erreichen. Avalanche-Photodioden kommen meist zum Einsatz, wenn die optische Signalstärke sehr gering ist. Typische Anwendungen sind beispielsweise die Laser-Entfernungsmessung, Laserscanner, Laser-Ausrichtsysteme und die optische Kommunikation.

Zur Messung der im Nanosekunden-Bereich emittierten Lichtpulse bietet First Sensor hochempfindliche Avalanche-Photodioden (APDs) in unterschiedlichen Serien für den sichtbaren und den infraroten Spektralbereich an. Gefertigt werden APDs mit interner Verstärkung, einem großen Dynamikbereich sowie großen Bandbreiten. Um die in Lidar-Systemen geforderten hohen räumlichen Auflösungen zu erreichen, entwickelt First Sensor APD-Arrays, die aus mehreren lichtempfindlichen Flächen auf einem Chip bestehen.

Lidar in immer mehr Anwendungen

Wie breit das Anwendungsspektrum von Lidar-Systemen bereits heute ist, lässt sich an verschiedenen Anwendungsbeispielen veranschaulichen. Autonome Nutzfahrzeuge wie Elektrostapler, Nieder- und Hochhubwagen sowie Schlepper erzielen hohe Wirtschaftlichkeit im Rahmen von Intralogistikaufgaben. So kombiniert beispielsweise Starship Technologies mobile Technologie mit speziell designten Robotern und lokalen Lieferzentren. Das Ziel dabei ist es, die örtliche Belieferung und Paketzustellung schneller, intelligenter und kosteneffizienter zu gestalten. First Sensor liefert für das Projekt ein spezielles Kurzdistanz-Lidar, das die Hinderniserkennung möglich macht.

Feld- und Wiesen-Lidar

Der BoniRob erkennt Unkraut mit Lidar und entfernt sie dann ohne Pestizide vom Feld.

Der Bonirob erkennt Unkraut mit Lidar und entfernt es dann ohne Pestizide vom Feld. First Sensor

Roboter, die gezielt Dünger ausbringen oder Unkraut bekämpfen, könnten schon bald Wirklichkeit werden. Das Bonirob-System kann anhand der Blattform zwischen Nutzpflanzen und Unkraut unterscheiden. Detektiert Bonirob Unkraut, vernichtet das System es mechanisch mithilfe eines Rammstabs ohne den Einsatz von Herbiziden. Der autonome Feldroboter, der auf einem Fahrgestell mit Einzelradantrieb befestigt ist, wird von den Amazonen-Werken zusammen mit der Fachhochschule Osnabrück, Bosch und anderen Partnern entwickelt. Er ist Basis für den Einsatz autonomer Systeme in der Landtechnik. Zur Navigation dient ein GPS-System. Bei der Agrosensorik setzten die Entwickler unter anderem auf eine Spectral-Imaging-Technologie.

Für die Feldarbeit zeigte CNH Industrials, Muttergesellschaft des Traktorenherstellers New Holland, Konzepte autonomer Traktoren. Einen ersten autonomen Weinbautraktor etwa zeigte Anfang des Jahres New Holland in Zusammenarbeit mit dem weltweit größten Weinanbauer E. & J. Gallo Winery aus Kalifornien. Am Feld angekommen, kann die Software der Traktoren unter Berücksichtigung der Größe und Form des Feldes sowie der Größe des verwendeten Gerätes die effizienteste Route über das Feld berechnen. Wenn das eingebaute Lichtradar ein Hindernis auf dem Feld erkennt, erhält der Landwirt vom System eine Nachricht und kann dann entscheiden, wie der Traktor sich verhalten soll.

Welche Aufgaben Lidar im Winter übernehmen kann, erfahren Sie auf der nächsten Seite.

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