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3 D LiDAR Sensoren erklärt: Technologie, Scantypen, und wie man wählt
01 · LiDAR-Technologieführer
Was ist ein 3 D LiDAR Sensor?
Ein 3 D LiDAR-Sensor misst die Entfernung über mehrere horizontale und vertikale Richtungen, um eine Dreidimensionale Punktwolke. Dadurch können Roboter, Fahrzeuge und Automatisierungssysteme räumliche Geometrie wahrnehmen, die nicht durch eine einzige horizontale Scanebene dargestellt werden kann.
LiDAR Lichtdetektion und Ranging Technologie Da der Sensor eine eigene optische Beleuchtung liefert, ist er nicht in gleicher Weise wie eine passive Kamera auf die sichtbare Szenenbeleuchtung angewiesen, da es sich um eine aktive optische Beleuchtung handelt. Die Messleistung kann weiterhin durch Sonnenlicht, Zielreflexion, Wetter, Oberflächenwinkel und Sensordesign beeinflusst werden.
CCH-Produktumfang
CCH konzentriert sein internationales LiDAR-Angebot derzeit auf industrielles 2 D-LiDAR. 3 D-LiDAR wird in diesem Artikel als pädagogisches Technologiethema behandelt und nicht als derzeit angebotene CCH-Produktlinie.
3 D-Punkt-Wolken-Konzept
Konzeptionelle Abbildung Reale Punkt-Wolken-Dichte und Abdeckung hängen von Sensorarchitektur, Sichtfeld und Scanmethode ab.
02 Messprinzip
Wie 3 D LiDAR funktioniert: Von der Lasermessung zur Point Cloud
Ein 3 D LiDAR misst wiederholt die Entfernung in vielen horizontalen und vertikalen Richtungen Jede Messung ist mit seiner Scanrichtung verbunden, sodass der Sensor oder die nachgeschaltete Software eine räumliche Darstellung der Umgebung erstellen kann.
01
Emit Licht
Optische Energie wird auf ausgewählte Teile der umgebenden Szene gerichtet.
02
Reflektieren Sie von einem Ziel
Ein Teil der emittierten Energie wird von Objekten und Oberflächen in der Umgebung reflektiert.
03
Messen Sie die Rendite
Der Empfänger erkennt zurückgegebenes Licht und das Entfernungssystem leitet Informationen zur Zielentfernung ab.
04
Kombinieren Sie Entfernung und Richtung
Entfernungsmessungen sind mit entsprechenden horizontalen und vertikalen Scanrichtungen verknüpft.
05
Erstellen Sie die Point Cloud
Wiederholte Messungen erzeugen räumliche Punkte, die die Geometrie um den Sensor beschreiben.
Gemeinsames Ranging-Prinzip
Flugzeit (ToF) LiDAR
Viele LiDAR-Systeme verwenden die Flugzeitmessung, bei der die Entfernung aus der Laufzeit des emittierten Lichts und seiner erkannten Rückkehr abgeleitet wird. Andere LiDAR-Designs verwenden möglicherweise andere optische Entfernungsmessungsprinzipien, daher sollte die zugrunde liegende Messmethode für den spezifischen Sensor überprüft werden, der ausgewertet wird.
Arbeitsbereich
Hängt vom Sensordesign, dem Zielreflexionsvermögen, der Zielgröße, dem Einfallswinkel und den Umgebungsbedingungen ab.
Winkelauflösung
Beschreibt den Winkelabstand zwischen Messungen in horizontaler und vertikaler Richtung.
Punktrate
Beschreibt den Messdurchsatz, bestimmt jedoch nicht allein die Punkt-Wolken-Qualität oder die Anwendungsleistung.
Bild-/Scanrate
Beeinflusst, wie häufig die umgebende Geometrie aufgefrischt wird, wenn sich Sensor, Roboter oder Umgebung bewegen.
Reichweite, Winkelauflösung, Scanmuster, Punktverteilung, Aktualisierungsrate, Zieleigenschaften, Umgebung und Softwareverarbeitung sollten gemeinsam bewertet werden, anstatt sich auf eine Schlagzeilenspezifikation zu verlassen.
03 Scanarchitekturen
3 D LiDAR Typen: Mechanisch, MEMS, Flash & OPA
“3 D LiDAR” beschreibt eine Art räumliche Messausgabe anstatt einer einzigen Hardwarearchitektur Verschiedene Technologien steuern oder verteilen optische Energie auf unterschiedliche Weise, wodurch unterschiedliche Sichtfeld, Verpackung, Scan-Muster und Leistungsmerkmale entstehen.
Mechanische LiDAR
Mechanisches 3 D LiDAR verwendet rotierende oder bewegliche Baugruppen, um Messungen durch die Umgebung zu fegen.
- Kann eine breite horizontale Abdeckung bieten
- Gut etablierte Scanarchitektur
- Enthält bewegliche mechanische Komponenten
MEMS LiDAR
MEMS LiDAR verwendet mikroskopisch kleine bewegliche Spiegel, um den Strahl durch ein definiertes Sichtfeld zu lenken, ohne das komplette Sensorgehäuse zu drehen.
- Kompaktes Richtscannen
- Das Sichtfeld hängt stark von der Umsetzung ab
- Nützlich, wo Paketgröße wichtig ist
Flash LiDAR
Flash LiDAR beleuchtet eine breitere Szene und misst die Tiefe eines Bildempfängers, anstatt jede Richtung nacheinander mechanisch zu scannen.
- Kein herkömmlicher Scanmechanismus erforderlich
- Kann kompakte Festkörperkonstruktionen unterstützen
- Reichweiten-, Leistungs- und Umgebungslicht-Kompromisse variieren je nach Design
OPA LiDAR
Optisches Phased-Array LiDAR steuert die optische Energie elektronisch, indem es die Phasenbeziehung zwischen mehreren emittierenden Elementen steuert.
- Kein makroskopischer mechanischer Lenkmechanismus
- Potenzial für hochintegrierte Sensorkonstruktionen
- Leistung und kommerzielle Reife variieren je nach Implementierung
Was bedeutet “Solid-State LiDAR”?
Der Begriff Festkörper-LiDAR wird für eine Familie von Architekturen verwendet, die herkömmliche rotierende Scannerbaugruppen reduzieren oder eliminieren. MEMS-, Flash- und OPA-Technologien können alle in Diskussionen über Festkörper-LiDAR auftauchen, verwenden jedoch unterschiedliche Sensor- und Strahllenkungsansätze.
Was ist mit nicht-repetitivem Scannen?
Nicht-repetitives Scannen beschreibt, wie Messpunkte über die Zeit verteilt werden und nicht über eine einzelne LiDAR-Hardwarearchitektur In Systemen, die nicht-wiederholende Scanmuster verwenden, kann die akkumulierte Abdeckung dichter werden, wenn mehr Messungen gesammelt werden Ob dies vorteilhaft ist, hängt von Bewegung, Integrationszeit, Objektgeometrie und dem nachgeschalteten Wahrnehmungsalgorithmus ab.
04 Technologievergleich
2 D LiDAR vs 3 D LiDAR: Welches passt zur Anwendung?
3 D LiDAR ist nicht automatisch ein Upgrade von 2 D LiDAR Die bessere Wahl hängt davon ab, ob die Anwendung eine horizontale Scanebene oder echte volumetrische Informationen benötigt.
Voraussetzung
2 D LiDAR
3 D LiDAR
Horizontale Scanebene
Starke Passform
Mehr Informationen als erforderlich zur Verfügung stellen kann
Vertikale Geometrie
Beschränkt auf die Scanebene
Verfügbar durch Messungen mehrerer Höhen
Datenkomplexität
Untere
Höher
Verarbeitungsanforderung
Allgemein niedriger
Allgemein höher
Volumetrische Wahrnehmung
Nein, aus einer einzigen Scanebene
Ja
Zuordnung & Lokalisierung
Häufig, wenn die planare Geometrie ausreichend ist
Nützlich, wo es auf die 3 D-Struktur ankommt
Wenn 2 D LiDAR die bessere Passform sein könnte
Horizontale Entfernungsmessung, AGV-Lokalisierung, Objektpositionierung, industrielle Erkennung und viele Automatisierungsaufgaben können oft mit einer einfacheren 2 D-Scanebene bewältigt werden.
Entdecken Sie CCH Industrial 2 D LiDAR →Wenn 3 D LiDAR nützliche Informationen hinzufügt
Wenn Hindernishöhe, überhängende Strukturen, vertikale Geometrie oder volumetrische Abbildung wichtig sind, kann eine 3 D-Punktwolke Informationen liefern, die von einer einzelnen horizontalen Ebene aus nicht verfügbar sind.
05 Funktioneller Unterschied
3 D LiDAR vs Sicherheitslaserscanner
Industrielle LiDAR - und Sicherheitslaserscanner können verwandte Entfernungsmessungsprinzipien verwenden, sie erfüllen jedoch unterschiedliche Systemfunktionen Es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass ein Wahrnehmungssensor eine zertifizierte Sicherheitsfunktion bietet.
Automatisierungsdaten
Industrielle 2 D LiDAR
Bietet horizontale Entfernungs- und Scaninformationen für Automatisierungs-, Entfernungs-, Lokalisierungs-, Positionierungs- und Erkennungsaufgaben.
- Horizontale Scanebene
- Navigation / Lokalisierung
- Objektpositionierung
- Industrieumfang
Volumetrische Wahrnehmung
3 D LiDAR
Generiert dreidimensionale Punktwolkendaten für Kartierung, Wahrnehmung und Anwendungen, bei denen vertikale Geometrie wichtig ist.
- 3 D-Punktwolken
- Volumetrische Kartierung
- Informationen zu Hindernissen mit mehreren Höhen
- Roboterwahrnehmung
Sicherheitsfunktion
Sicherheitslaserscanner
Entwickelt und zertifiziert für die sicherheitsrelevante Bereichsüberwachung bei Verwendung in einer geeigneten Maschine oder einem mobilen Roboter-Sicherheitssystem.
- Schutzfelder
- Warnfelder
- Sicherheitsbezogene Outputs
- Personalschutz
Ein Standard-LiDAR mit 2 D- oder 3 D-Wahrnehmung sollte nicht als Sicherheitslaserscanner behandelt werden, es sei denn, das spezifische Gerät und die spezifische Funktion verfügen über die erforderliche Funktionssicherheitszertifizierung.
06 Industrielle Anwendungen
Wo 3 D LiDAR in der industriellen Automatisierung Sinn macht
3 D LiDAR wird besonders nützlich, wenn die Anwendung Informationen über Höhe, überhängende Objekte, vertikale Geometrie oder vollständige dreidimensionale Struktur benötigt.
01
AGV / AMR Wahrnehmung & SLAM
3 D-Punktwolkendaten können die Kartierung und Lokalisierung in Umgebungen unterstützen, in denen vertikale Strukturen, Racks, Überhänge oder mehrstufige Geometrie nützliche Lokalisierungsmerkmale beisteuern.
02
3 D-Kartierung & Vermessung
Mit dichten Raummessungen lassen sich dreidimensionale Modelle von Industrieräumen, Strukturen und anderen Umgebungen erstellen.
03
Mehrhöhen-Hinderniserkennung
Ein 3 D-Sensor kann Informationen über Objekte oberhalb oder unterhalb einer einzelnen horizontalen Scanebene liefern, einschließlich überhängender Strukturen oder Objekte mit signifikanter vertikaler Form.
04
Roboter- und autonome Wahrnehmung
Mobile Roboter und autonome Systeme können 3 D LiDAR mit Kameras, IMUs, Odometrie und Wahrnehmungssoftware kombinieren, um komplexe Umgebungen zu verstehen.
3 D LiDAR führt keine Klassifizierung, Kartierung oder Navigation allein durch. Diese Funktionen hängen normalerweise von nachgeschalteter Software, Algorithmen und in vielen Systemen von zusätzlichen Sensoren ab.
07 Auswahlfaktoren
So bewerten Sie einen 3 D LiDAR Sensor
Ein nützlicher 3 D LiDAR Vergleich schaut über maximale Reichweite oder Gesamtpunktrate hinaus Bewerten Sie die Spezifikationen, die sich auf die reale Szene, Montageposition, Zieleigenschaften, Umgebung und Softwarearchitektur auswirken.
01
Arbeitsbereich
Überprüfen Sie die Bedingungen hinter dem veröffentlichten Bereich, einschließlich Zielreflexionsvermögen, Zielgröße, Einfallswinkel und Umgebungsbedingungen.
02
Genauigkeit und Wiederholbarkeit
Genauigkeit beschreibt die Nähe zur tatsächlichen Entfernung, während Wiederholbarkeit die Konsistenz über wiederholte Messungen hinweg beschreibt.
03
Winkelauflösung
Die erforderliche Winkelauflösung hängt von der Objektgröße, dem Arbeitsabstand und dem von der Anwendung benötigten räumlichen Detaillierungsgrad ab.
04
Sichtfeld
Gehen Sie nicht davon aus, dass jedes 3 D LiDAR eine 360° - Abdeckung bietet Horizontales und vertikales Sichtfeld variieren erheblich zwischen den Architekturen.
05
Umwelt- und IP-Bewertung
Berücksichtigen Sie Temperatur, Staub, Wasser, Sonnenlicht, Nebel, Regen und optische Fensterverschmutzung Überprüfen Sie das tatsächliche Gehäuse und die IP-Bewertung, die für den Sensor angegeben sind.
06
Schnittstelle & Software
Ethernet-Kommunikation, Zeitstempel, Synchronisation, SDK-Verfügbarkeit und ROS - oder ROS-2-Kompatibilität zu bewerten, wenn diese für das Projekt relevant sind.
07
Wellenlänge und Lasersicherheit
LiDAR-Systeme können bei Wellenlängen wie 905 nm oder 1550 nm arbeiten. Die Wellenlänge beeinflusst das optische Design und die Detektorauswahl, sollte jedoch nicht als eigenständiger Indikator für die Gesamtleistung behandelt werden.
08
Scanmuster und Rückgabedaten
Vergleichen Sie die sich wiederholende oder nicht wiederholende Punktverteilung und ob der Sensor Informationen mit einer einzigen, mehreren Wiedergaben oder anderen Echos liefert, die der Wahrnehmungsalgorithmus benötigt.
905 nm · 1550 nm · Laserklassifizierung
Die Wellenlänge ist nur ein Teil des Designs
Beide 905 nm und 1550 nm Wellenlängen werden in LiDAR-Systemen verwendet Unterschiede in Emittern, Detektoren, Optik, Leistung, Zielantwort und Systemarchitektur Mittelwellenlänge allein bestimmt nicht den nutzbaren Bereich oder die Messqualität.
Überprüfen Sie für jeden Sensor die Lasersicherheitseinstufung des Herstellers und die geltenden Anforderungen IEC 60825-1 Dokumentation. Wo ein Produkt angegeben ist als Klasse 1, Bestätigen Sie diese Klassifizierung anhand der tatsächlichen Produktdokumentation, anstatt sie allein von der Wellenlänge anzunehmen.
Punktverteilung · Echo / Rückgabeinformationen
Mehr Punkte oder mehr Echos sind nicht automatisch besser
Scanmuster bestimmt, wo Messungen im Laufe der Zeit erscheinen Nicht wiederholendes Scannen kann Punkte anders verteilen als ein sich wiederholendes Scanmuster, während Multi-Return - oder Multi-Echo-Informationen zusätzliche Informationen aus komplexen optischen Szenen liefern können.
Die sinnvolle Konfiguration hängt von der Anwendung, der Zielgeometrie, den Umgebungsbedingungen, der Aktualisierungszeit und davon ab, wie die nachgeschaltete Wahrnehmungssoftware die zurückgegebenen Daten verarbeitet.
Bewerten Sie Spezifikationen unter den Bedingungen, die für die Anwendung wichtig sind.
Zwei 3 D LiDAR-Sensoren mit ähnlichen Headline-Bereichs - oder Punktratenzahlen können sich sehr unterschiedlich verhalten, wenn Sichtfeld, Wellenlänge, Scanmuster, Reflektivität, Umgebungsbedingungen, Rücklaufdaten und Software-Integration zusammen betrachtet werden.
08 Einschränkungen & FAQ
3 D LiDAR-Einschränkungen & häufige Fragen
LiDAR ist eine aktive optische Technologie, aber die Messleistung hängt immer noch von der Umgebung, der Zieloberfläche und der Sensorarchitektur ab.
Regen, Nebel und Schnee
Wassertröpfchen und Partikel in der Luft können die effektive Reichweite verringern oder zusätzliche Erträge bringen.
Sonnenlicht
Starke optische Umgebungsenergie kann je nach Sensordesign die Signal-Rausch-Leistung beeinträchtigen.
Zielreflexivität
Dunkle, reflektierende oder stark abgewinkelte Oberflächen können unterschiedliches Messverhalten erzeugen.
Verarbeitungslast
Dichte 3 D-Punktwolken benötigen mehr Netzwerkbandbreite, Verarbeitung und Software als ein einfacher 2 D-Scan.
Was ist ein 3 D LiDAR Sensor?
Ein 3 D LiDAR misst die Entfernung über mehrere horizontale und vertikale Richtungen und kombiniert diese Messungen zu einer dreidimensionalen Punktwolke, die die umgebende Geometrie darstellt.
Kann 3 D LiDAR in völliger Dunkelheit funktionieren?
Ja. LiDAR stellt eine eigene optische Beleuchtung zur Verfügung und benötigt daher keine sichtbare Szenenbeleuchtung in gleicher Weise wie eine passive Kamera, dennoch kann die Leistung durch Umgebungsbedingungen und Zieleigenschaften beeinträchtigt werden.
Was sind Point-Cloud-Daten?
Eine Punktwolke ist eine Ansammlung räumlicher Messpunkte, die typischerweise durch X-, Y- und Z-Koordinaten und manchmal zusätzliche Informationen wie die Rücklaufintensität dargestellt werden.
Was ist der Unterschied zwischen 2 D LiDAR und 3 D LiDAR?
Ein 2 D LiDAR misst normalerweise innerhalb einer horizontalen Scanebene, während ein 3 D LiDAR auch vertikale Informationen erfasst. 2 D-Erfassung reicht oft für planare Entfernungsmessung und Lokalisierung aus, während 3 D-Erfassung nützlich ist, wenn es um volumetrische Geometrie geht.
Ersetzt 3 D LiDAR einen Sicherheitslaserscanner?
Nicht automatisch Eine Wahrnehmung LiDAR sollte nicht als Sicherheitsvorrichtung behandelt werden, es sei denn, das spezifische Produkt und die Funktion verfügen über die erforderliche Funktions-Sicherheits-Zertifizierung Sicherheitslaserscanner sind speziell für die sicherheitsrelevante Bereichsüberwachung konzipiert.
Was beeinflusst die 3 D LiDAR-Reichweite?
Die Reichweite hängt von Faktoren wie Sensorarchitektur, Zielreflexionsvermögen, Zielgröße, Einfallswinkel, Sonnenlicht, Wetter, Kontamination und dem vom Sensor verwendeten Messschwellenwert ab.
Mechanisches vs. Festkörper-LiDAR: Was ist der Unterschied?
Mechanisches LiDAR verwendet bewegliche Scan-Baugruppen, während Festkörperansätze herkömmliche Rotationsmechanismen reduzieren oder eliminieren. MEMS, Flash und OPA sind unterschiedliche Technologien, die innerhalb der breiteren Festkörperkategorie diskutiert werden können.
Wie viele Punkte pro Sekunde braucht ein 3 D LiDAR?
Es gibt keine universelle Punktratenanforderung Die notwendige Dichte hängt von Objektgröße, Arbeitsabstand, Sichtfeld, Winkelauflösung, Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Wahrnehmungs - bzw. Mapping-Algorithmus ab.
Was kostet ein 3 D LiDAR?
Die Preise variieren stark je nach Architektur, Reichweite, Sichtfeld, Umweltbewertung, Produktionsvolumen, Softwareunterstützung und Messleistung. Bei Industrieprojekten sind die Gesamtintegrationskosten oft aussagekräftiger als der Sensorpreis allein.
Was ist der Unterschied zwischen 3 D LiDAR und 4 D LiDAR?
“4 D LiDAR” wird üblicherweise für Systeme verwendet, die räumliche 3 D-Messungen mit zusätzlichen bewegungsbezogenen Informationen wie Radialgeschwindigkeit kombinieren Die genaue Bedeutung kann zwischen den Herstellern variieren.
Wählen Sie den richtigen Sensoransatz
Benötigen Sie LiDAR für ein AGV- oder Industrieautomatisierungsprojekt?
Wenn Ihre Anwendung mit horizontaler Entfernungsmessung, Lokalisierung oder industrieller Erkennung gelöst werden kann, erkunden Sie CCH industrielles 2 D LiDAR. Für sicherheitsrelevanten Schutz mobiler Roboter überprüfen Sie die Reichweite des Sicherheitslaserscanners SH27.