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Definition Was ist eigentlich Lidar?

| Autor: M.A. Bernhard Richter

Lidar (auch Ladar) ist eine mit Radar verwandte Methode der optischen Abstands-und Geschwindigkeitsmessung. Anstatt Radarstrahlen werden Laserstrahlen verwendet. Wie das funktioniert.

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Dieser mobile Roboter ist mit einem Lidar-Sensor ausgestattet, der es ihm ermöglicht, die Umgebung zu kartieren und Hindernissen auszuweichen.
Dieser mobile Roboter ist mit einem Lidar-Sensor ausgestattet, der es ihm ermöglicht, die Umgebung zu kartieren und Hindernissen auszuweichen.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Sensoren, deren Funktionsweise auf der berührungslosen Abstandmessung durch Laser beruht, sind aus der Welt der Automatisierung heute nicht mehr wegzudenken. Die Bezeichnung Lidar ist ein Portemanteau-Wort, welches die Wörter „Light“ (Licht) und „Radar“ zusammenzieht. Lidar wird manchmal auch 3-D-Laser-Scannen genannt. Lidar-Sensoren sind seit Jahrzehnten weltweit in der Industrie im Einsatz. Die Sensoren schützen Personen und machen automatisierte Abläufe erst möglich. Das betrifft sowohl Innen- als auch Außenbereiche. Hafenautomatisierung, Verkehrsmanagementsysteme oder Objektschutzanlagen sind nur einige beispielhafte Anwendungsgebiete.

Typisch: Erst kommt die militärische Nutzung

Das erste Lidar-System wurde 1961, kurz nach Erfindung des Laser erprobt. Dieses für die Satellitenverfolgung bestimmte System kombiniert laserfokussierte Bildgebung mit der Fähigkeit, Entfernungen zu berechnen, indem die Zeit bis zur Rückkehr eines Signals mit Hilfe geeigneter Sensoren und Datenerfassungselektronik gemessen wird. Ursprünglich wurde es "Colidar" genannt. Die erste praktische terrestrische Anwendung eines Colidar-Systems war ein großer gewehrähnlicher Laserentfernungsmesser, der 1963 hergestellt wurde und eine Reichweite von etwa 10 km und eine Genauigkeit von 5 Metern hatte, um für die militärische Zielerfassung verwendet zu werden.

Lidar-Sensoren sind aktive Sensoren, die ihre eigene Beleuchtungsquelle in Form eines Lasers bereitstellen. Der Laserstrahl trifft auf das zu messende Objekt oder Oberfläche und die reflektierte Energie wird von Sensoren erfasst und gemessen. Die Entfernung zum Objekt wird bestimmt, indem die Zeit zwischen gesendeten und rückgestreuten Impulsen aufgezeichnet und anhand derLichtgeschwindigkeit die zurückgelegte Entfernung berechnet wird.

Bewegt man den Messstrahl bzw. rotiert diesen in einer Ebene, so erhält man eine Aussage zu Abstand und Winkel, folglich in zwei Dimensionen. Werden die Sensoren zusätzlich geschwenkt, erhält man sowohl Informationen über Abstand und Position in x-Richtung als auch über die Positionen in y- und z-Richtung – ein 3D-Scan.

Mit ausgefeilten Techniken lässt sich mittels Lidar wesentlich mehr messen als nur die Entfernung und die Geschwindigkeit: Druck, Temperatur, Feuchte, Wasserdampf-Konzentration sowie die Konzentration atmosphärischer Spurengase (Ozon, Stickoxide, Schwefeldioxid, Methan, etc.). Außerdem lassen sich die optischen Eigenschaften von Aerosolen und Partikeln bestimmen (Extinktionskoeffizient, Rückstreuungskoeffizient, Depolarisation). Mit einem Depolarisations-Lidar lässt sich sogar der Aggregatzustand bestimmen.

Fahrerlose Transportsysteme

Lidar-Sensoren werden als 1D-, 2D- oder 3D-Variante weltweit in industriellen Fertigungen, in Verkehrssystemen oder Logistikbereichen eingesetzt. Durch die Zunahme der Automatisierung und die zunehmende Verbreitung von fahrerlosen Transportsystemen werden sie schon in naher Zukunft eine immer wichtigere Rolle für die funktionale Sicherheit und das berührungslose Erkennen und Bewerten von Objekten spielen.

Robotik

Die Lidar-Technologie wird in der Robotik sowohl für die Wahrnehmung der Umgebung als auch für die Klassifizierung von Objekten eingesetzt. Die Möglichkeit 3D-Karten des Geländes, präzise Entfernungen zum Boden und Annäherungsgeschwindigkeiten zu liefern, kann eine sichere Manövrierung im Raum mit einem hohen Grad an Präzision ermöglichen.

Fertigung

Eine der wichtigsten Aufgaben in der industriellen Fertigung ist die Messung von Abständen. Sogenannte Displacement-Messsensoren sind Lasersensoren mit Messbereichen von bis zu 1000 mm. Aufgrund der Messgenauigkeit werden sie insbesondere in qualitäts- oder kostenrelevanten Abläufen zur Regelung, Sortierung oder Prüfung eingesetzt.

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Über den Autor

M.A. Bernhard Richter

M.A. Bernhard Richter

Redakteur Online/Print/Video, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht