LiDAR scanners

Wat is een LiDAR scanner?

Een LiDAR scanner is een contactloze optische sensor die afstanden meet met laserlicht en daarbij een groter gebied scant.

LiDAR staat voor Light Detection and Ranging.

In plaats van één vast meetpunt genereert een scanner een reeks afstandsmetingen onder verschillende hoeken. Hierdoor ontstaat een tweedimensionaal beeld van objecten en contouren rondom de sensor.

LiDAR scanners worden daarom ook aangeduid als:

• 2D LiDAR sensor;
• 2D laser scanner;
• laser range scanner;
• laser range finder;
• LiDAR sensor;
• laser scanner voor navigatie.

Binnen industriële automatisering worden ze vooral gebruikt wanneer één conventionele afstandssensor onvoldoende informatie over de omgeving levert.

Hoe werkt een LiDAR scanner?

Veel industriële LiDAR scanners werken volgens het Time-of-Flight-principe.

De sensor zendt laserlicht uit richting de omgeving. Wanneer dit licht een object raakt, wordt een gedeelte terug naar de scanner gereflecteerd.

Uit de tijd tussen het uitzenden en ontvangen van het signaal kan de afstand tot het object worden bepaald.

Door deze meting continu onder verschillende hoeken uit te voeren ontstaat een serie meetpunten waarmee de omgeving of contour van een object kan worden opgebouwd.

Het resultaat is daarmee niet één afstandswaarde, maar een verzameling afstandsgegevens over het volledige scanveld.

2D LiDAR scanner

Veel industriële LiDAR scanners zijn 2D-scanners.

Een 2D LiDAR meet binnen één scanvlak. Binnen dat vlak worden voor verschillende hoeken afzonderlijke afstandswaarden verzameld.

Hiermee kan bijvoorbeeld worden bepaald:

• waar een object zich bevindt;
• hoe ver een object verwijderd is;
• wat de contour van een object is;
• waar vrije ruimte aanwezig is;
• hoe de omgeving rondom een voertuig of machine eruitziet.

Dit maakt 2D LiDAR interessant voor mobiele robots, interne logistiek en industriële detectietoepassingen.

LiDAR voor AGV- en AMR-navigatie

Een belangrijke toepassing is navigatie van AGV's en AMR's.

De scanner verzamelt informatie over objecten en vaste structuren in de omgeving.

Deze afstandsinformatie kan door navigatiesoftware worden gebruikt voor bijvoorbeeld:

• lokalisatie;
• kaartopbouw;
• positiecorrectie;
• contourgebaseerde navigatie;
• routeplanning;
• herkenning van vaste omgevingskenmerken.

De LiDAR scanner levert hierbij de meetgegevens. De daadwerkelijke navigatie en positiebepaling worden verder verwerkt door de besturing of navigatiesoftware van het voertuig.

Obstakeldetectie met LiDAR

LiDAR kan ook worden gebruikt voor obstakeldetectie rond mobiele voertuigen of machines.

Omdat een relatief groot gebied wordt gescand, kunnen objecten op verschillende posities binnen het scanveld worden waargenomen.

Dit is bijvoorbeeld interessant voor:

• AGV's;
• AMR's;
• mobiele platforms;
• transportwagens;
• robottoepassingen;
• geautomatiseerde machines.

Op basis van deze informatie kan een besturing bijvoorbeeld snelheid aanpassen, een andere route kiezen of een procesactie uitvoeren.

Gewone LiDAR is geen Safety LiDAR

Een gewone industriële LiDAR scanner voor navigatie of objectdetectie is niet automatisch geschikt als veiligheidscomponent voor persoonsbeveiliging.

Wanneer een scanner onderdeel moet zijn van een veiligheidsfunctie waarbij bijvoorbeeld personen tegen gevaarlijke machinebewegingen worden beschermd, moet een daarvoor geschikte en gecertificeerde veiligheidsscanner worden geselecteerd.

Bekijk daarvoor onze Safety LiDAR scanners.

Deze categorie richt zich juist op LiDAR voor meting, navigatie, contourdetectie, positionering en algemene objectwaarneming.

LiDAR voor contourdetectie

Omdat een LiDAR scanner op meerdere hoeken meet, kan de geometrische contour van een object worden bepaald.

Dit kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor:

• vormcontrole;
• positionering;
• detecteren van uitstekende delen;
• controle van lading;
• bepalen van objectafmetingen;
• positiecontrole op transportbanen;
• herkennen van vrije ruimte.

De nauwkeurigheid waarmee een contour kan worden opgebouwd wordt onder andere bepaald door de hoekresolutie, meetnauwkeurigheid, scanfrequentie en afstand tot het object.

LiDAR voor positionering

LiDAR afstandsgegevens kunnen ook worden gebruikt om de positie van een voertuig, machineonderdeel of object ten opzichte van de omgeving te bepalen.

Bij mobiele toepassingen kunnen vaste structuren zoals wanden, rekken of andere referentiepunten worden gebruikt om positie-informatie af te leiden.

Bij stationaire toepassingen kan een scanner bijvoorbeeld controleren waar een product of lading zich binnen een bepaald gebied bevindt.

LiDAR voor interne logistiek

Binnen intralogistiek worden LiDAR scanners toegepast bij automatisering van goederenstromen.

Voorbeelden zijn:

• AGV's;
• AMR's;
• pallettransport;
• geautomatiseerde magazijnen;
• transportsystemen;
• mobiele robots;
• autonome transportwagens.

LiDAR biedt hierbij het voordeel dat vanuit één sensor een relatief groot gedeelte van de omgeving kan worden waargenomen.

LiDAR voor objectdetectie

Een conventionele detectiesensor bewaakt meestal één specifiek detectiepunt.

Een LiDAR scanner kan daarentegen een volledig scanveld bewaken en binnen dit gebied meerdere objecten detecteren.

Dit kan interessant zijn wanneer:

• objectposities kunnen variëren;
• meerdere objecten tegelijk aanwezig zijn;
• een brede detectiezone nodig is;
• objectafstand ook relevant is;
• flexibele detectiegebieden gewenst zijn.

Voor één eenvoudige detectiepositie is een standaard detectiesensor vaak eenvoudiger en economischer.

Scanhoek van een LiDAR scanner

De scanhoek bepaalt hoeveel van de omgeving rondom de scanner wordt waargenomen.

Afhankelijk van het model zijn bijvoorbeeld scanners beschikbaar die een groot gedeelte van de omgeving of vrijwel een volledige cirkel rondom de sensor kunnen scannen.

Welke scanhoek nodig is hangt af van:

• montagepositie;
• voertuigconstructie;
• gewenste zichtzone;
• eventuele mechanische afscherming;
• toepassing.

Voor mobiele robots kan een grote scanhoek voordelen bieden omdat vanuit één sensor een groter gedeelte van de omgeving wordt waargenomen.

Hoekresolutie

De hoekresolutie geeft aan hoe dicht opeenvolgende meetrichtingen binnen het scanveld bij elkaar liggen.

Een kleinere hoekstap levert meer meetpunten binnen dezelfde scanhoek.

Dit kan voordelen bieden voor:

• kleinere objecten;
• contourdetectie;
• nauwkeurige omgevingswaarneming;
• objectherkenning;
• positionering.

De praktische afstand tussen twee meetpunten neemt echter toe naarmate het object verder van de scanner verwijderd is.

Daarom moeten hoekresolutie én afstand samen worden beoordeeld.

Scanfrequentie

De scanfrequentie bepaalt hoe vaak de scanner een volledig scanveld kan actualiseren.

Bij bewegende voertuigen en objecten kan een hogere updatesnelheid belangrijk zijn.

Denk bijvoorbeeld aan:

• AGV's;
• AMR's;
• bewegende transportbanen;
• snelle positioneertaken;
• dynamische objectdetectie.

De gewenste scanfrequentie hangt af van de snelheid van de toepassing en de benodigde reactietijd.

Meetbereik van een LiDAR scanner

Het maximale meetbereik is een belangrijke specificatie, maar moet altijd in combinatie met de toepassing worden bekeken.

Een groter bereik is niet automatisch beter.

Bij selectie kijken we onder andere naar:

• minimale afstand;
• maximale benodigde afstand;
• objectgrootte;
• reflectiviteit;
• gewenste nauwkeurigheid;
• scanhoek;
• montageruimte.

Voor compacte machines kan een kleiner bereik voldoende zijn, terwijl navigatie in magazijnen of grotere industriële ruimten juist een groter bereik kan vereisen.

Invloed van reflectiviteit

De hoeveelheid laserlicht die naar de scanner terugkeert hangt mede af van het oppervlak van het object.

Een helder, goed reflecterend object kan op grotere afstand een sterker signaal geven dan een zeer donker of zwak reflecterend oppervlak.

Daarom specificeren fabrikanten het maximale meetbereik regelmatig voor verschillende reflectiviteitsniveaus.

Bij kritische toepassingen moet het bereik dus worden beoordeeld op basis van het werkelijke object en de werkelijke omgeving, niet uitsluitend op basis van de grootste afstand uit de datasheet.

LiDAR binnen of buiten gebruiken

Niet iedere LiDAR scanner is automatisch geschikt voor buitengebruik.

Bij buitentoepassingen kunnen onder andere invloed hebben:

• direct zonlicht;
• regen;
• mist;
• stof;
• vervuiling;
• temperatuur;
• condens;
• reflecties.

Voor buitentoepassingen moet daarom specifiek worden gecontroleerd of de scanner en zijn optische systeem hiervoor zijn ontworpen.

Ook de IP-beschermingsklasse en toegestane omgevingstemperatuur spelen hierbij een rol.

Communicatie met PLC en software

Een LiDAR scanner levert veel meer meetgegevens dan een eenvoudige schakelsensor.

Daarom wordt vaak gebruikgemaakt van een digitale communicatie-interface.

Afhankelijk van fabrikant en uitvoering kunnen bijvoorbeeld interfaces beschikbaar zijn zoals:

• Ethernet;
• TCP/IP;
• RS-485;
• seriële communicatie;
• CAN;
• digitale I/O.

Welke communicatie nodig is hangt sterk af van de toepassing.

Voor navigatie wordt de meetdata vaak rechtstreeks door software of een industriële computer verwerkt.

Voor eenvoudige gebiedsdetectie kunnen digitale uitgangen voldoende zijn.

LiDAR scanner of laser afstandssensor?

Een laser afstandssensor meet doorgaans op één specifieke positie.

Een LiDAR scanner meet daarentegen over meerdere hoeken.

Globaal:

Voor één nauwkeurig meetpunt is een laser afstandssensor vaak eenvoudiger.

Wanneer informatie over een groter gebied nodig is, biedt LiDAR duidelijke voordelen.

LiDAR scanner of 3D-profielsensor?

Een 3D-profielsensor is primair gericht op nauwkeurige vorm-, hoogte- en profielmetingen van producten.

Een LiDAR scanner wordt vaker gebruikt voor grotere afstanden en bredere omgevingswaarneming.

Een 3D-profielsensor is bijvoorbeeld interessant voor:

• productinspectie;
• precieze hoogtemeting;
• kwaliteitscontrole;
• profielmeting.

LiDAR is juist interessant voor:

• navigatie;
• grotere objecten;
• omgevingsscanning;
• logistiek;
• bredere detectievelden.

2D of 3D LiDAR?

Een 2D LiDAR scanner meet in één scanvlak.

Een 3D LiDAR verzamelt daarnaast afstandsinformatie over meerdere verticale richtingen of scanlagen, waardoor een ruimtelijker beeld ontstaat.

3D LiDAR kan interessant zijn wanneer ook objecten boven of onder één horizontaal scanvlak moeten worden waargenomen.

Voor veel industriële navigatie- en contourtoepassingen is een 2D scanner echter eenvoudiger en voldoende.

De keuze wordt bepaald door de geometrie van het object en de informatie die de besturing nodig heeft.

Waar moet je op letten bij het kiezen van een LiDAR scanner?

Belangrijke selectiecriteria zijn:

• 2D of 3D;
• maximaal meetbereik;
• minimaal meetbereik;
• scanhoek;
• hoekresolutie;
• scanfrequentie;
• meetnauwkeurigheid;
• reflectiviteit van het object;
• binnen- of buitengebruik;
• omgevingstemperatuur;
• IP-beschermingsklasse;
• communicatie-interface;
• dataprotocol;
• voedingsspanning;
• montage;
• beschikbare ruimte;
• verwerking van de meetdata.

Voor navigatietoepassingen moet daarnaast worden gecontroleerd of de scanner compatibel is met de gebruikte navigatiesoftware en besturingsarchitectuur.

LiDAR scanner vervangen

Een bestaande LiDAR scanner vervangen vraagt om meer dan alleen het vergelijken van het maximale bereik.

Bij Indusen vergelijken we onder andere:

• fabrikant en typenummer;
• scanprincipe;
• meetbereik;
• scanhoek;
• hoekresolutie;
• scanfrequentie;
• nauwkeurigheid;
• communicatie;
• protocol;
• elektrische aansluiting;
• voedingsspanning;
• montage;
• afmetingen;
• IP-klasse;
• software-integratie.

Hiermee kan worden bepaald of een andere LiDAR technisch kan worden geïntegreerd in de bestaande machine of mobiele robot.

Bij een retrofit is vooral de software- en communicatiecompatibiliteit belangrijk. Een mechanisch passende scanner is niet automatisch softwarematig uitwisselbaar.

Heb je een bestaande LiDAR waarvan je een alternatief zoekt? Stuur het merk, volledige typenummer, toepassing en informatie over de gebruikte interface of software.

Bekijk ook onze pagina over retrofit & vervanging.

LiDAR scanners voor industriële automatisering

Indusen ondersteunt machinebouwers, OEM's en engineers bij het selecteren en vervangen van industriële LiDAR scanners voor afstandsmeting, navigatie, contourdetectie en omgevingswaarneming.

Voor een nieuwe toepassing ontvangen wij bij voorkeur:

• waarvoor de scanner wordt gebruikt;
• gewenste scanhoek;
• minimaal en maximaal bereik;
• kleinste object dat moet worden waargenomen;
• snelheid van voertuig of proces;
• binnen- of buitengebruik;
• gewenste communicatie-interface;
• gebruikte PLC, controller of navigatiesoftware.

Daarmee kunnen we bepalen welke LiDAR-oplossing technisch aansluit op de toepassing.

Bekijk ook onze industriële meetsensoren voor andere meetprincipes of onze sensoroplossingen voor ondersteuning bij complete meet- en detectievraagstukken.