Kunstmatige intelligentie, 5G en big data-technologieën versnellen industriële upgrades in alle sectoren. Met de komst van het Industrie 4.0-tijdperk evolueren industriële technologieën naar meer intelligentie en automatisering. Industriële automatiseringstechnologie vormt een belangrijk aandachtspunt in de huidige industriële ontwikkeling van China. Millimeter-golfradarsensoren, gekenmerkt door hun sterke penetratievermogen, worden op grote schaal gebruikt in industriële automatiseringsprojecten. De gestandaardiseerde en efficiënte geautomatiseerde werking van intelligente apparatuur zoals industriële robots en robotarmen zijn nauw verbonden met de hoge-precieze detectiemogelijkheden van millimeter-golfradar.
Welke voordelen heeft Millimeter-Wave Radar ten opzichte van andere radars in industriële toepassingen?
Momenteel worden radarsensoren voornamelijk onderverdeeld in drie typen: lidar, ultrasone radar en millimeter{0}}golfradar. Elk type werkt volgens verschillende principes en beschikt over verschillende detectiemogelijkheden. Hieronder analyseren we de voordelen van millimeter-golfradar in industriële toepassingen.
Superieur penetratievermogen: Op basis van hun verschillende werkingsprincipes vertonen verschillende radars verschillende penetratiemogelijkheden. Lidar vertrouwt op laserstralen om objecten te monitoren en kan niet door obstakels heen dringen. Ultrasone radar detecteert objecten door ultrasone golven uit te zenden, die niet door dichtere of hardere doelen heen dringen. Millimeter-golfradar detecteert objecten door elektromagnetische golven uit te zenden, die talloze niet-metalen materialen zoals water, glas en vegetatie kunnen binnendringen. Van deze drie radartypen vertoont de millimeter{6}}golfradar een superieur penetratievermogen.
Groot detectiebereik
LiDAR bewaakt objecten via laserstralen en bereikt detectieafstanden tot 50 meter wanneer er geen obstakels zijn. Ultrasone radar bereikt de hoogste detectienauwkeurigheid tussen 0,1 en 3 meter, met typische laterale detectiebereiken tot 8 meter. Het wordt vaak gebruikt in radarsystemen voor auto's. Millimeter-golfradar werkt op frequenties tussen centimetergolven en microgolven, waarbij de voordelen van zowel optische als microgolfradar worden gecombineerd voor superieure penetratie. Het typische detectiebereik beslaat 0 tot 200 meter, waardoor dit de optie met het langste- bereik is.
Het vertoont een sterke weerstand tegen interferentie in operationele omgevingen. Daarentegen nemen de LiDAR-prestaties af onder intens zonlicht als gevolg van verblindingsinterferentie, wat de detectieresultaten beïnvloedt. Bovendien kunnen hoge temperaturen of rokerige omstandigheden de meetnauwkeurigheid in gevaar brengen. Ultrasone radar is afhankelijk van ultrasone golven die zich door een medium voortplanten. Omdat de snelheid van ultrasone transmissie varieert met verschillende media, kunnen ongunstige weersomstandigheden zoals regen, sneeuw of zandstormen de meetnauwkeurigheid beïnvloeden. Millimeter-golfradar wordt echter niet beïnvloed door mediumtype, lichtintensiteit of temperatuur, en biedt een sterke weerstand tegen externe omgevingsinvloeden.
Millimeter-golfradar presteert beter dan LiDAR en ultrasone radar door voordelen zoals een groter detectiebereik, superieure penetratiecapaciteit en omgevingsflexibiliteit. Het wordt nu algemeen toegepast in de industriële automatisering. Om dit te ondersteunen heeft Texas Instruments gespecialiseerde millimeter-golfradarchips geïntroduceerd voor diverse industriële automatiseringstoepassingen.
TI IWR1443 76–81GHz industriële beveiligingsmillimeter-Wave-radarsensor
Naarmate de technologische mogelijkheden toenemen, maken traditionele fabrieken de overstap naar slimme productie door automatiseringsapparatuur zoals robotarmen en intelligente robots te integreren. Veiligheid blijft van het grootste belang in volledig geautomatiseerde faciliteiten. Om dit aan te pakken heeft TI industriële millimeter{2}}golfsensoren ontwikkeld voor de detectie van personeel en objecten. Wanneer de sensor naderende personen of objecten detecteert, activeert deze veiligheidssystemen om botsingsincidenten tot een minimum te beperken. Millimeter-golfsensoren behouden de detectienauwkeurigheid, niet beïnvloed door hoge stofniveaus of variërende lichtintensiteit in fabrieksomgevingen.
De IWR1443 is een sterk geïntegreerde millimeter-golfsensorchip gebaseerd op FMCW-technologie. Het werkt in de millimetergolfband van 76-81GHz- en beschikt over kortere golflengten vergeleken met traditionele 24GHz-banden. Met een continue bandbreedte van 4GHz verbetert het de afstandsresolutie, waardoor de detectie van objecten in de buurt wordt vergemakkelijkt.
De chip integreert intern een gesloten-loop PLL ultra-precieze lineaire frequentiemodulatie-pulsmotor. Het ondersteunt drie signaaltransmissiekanalen en twee signaalontvangstkanalen, met gelijktijdige werking van twee kanalen tijdens millimetergolfsignaaltransmissie. De IWR1443 bestaat uit twee ARM Cortex-R4F-radiobesturingssystemen: één voor RF-kalibratie en veiligheidsmonitoring, de andere voor chipmasterbesturing, waardoor naadloos schakelen tussen master- en slave-dual-modi mogelijk is.
Voor de interface beschikt het over twee SPI-interfaces die connectiviteit met randprocessors voor controle mogelijk maken. Energiebeheer maakt gebruik van een stroomnetwerk met lage-uitval, waardoor de uitval van de stroomvoorziening wordt verbeterd. De IWR1443 werkt binnen een breed temperatuurbereik van -40 graden tot 105 graden en maakt gebruik van een compact 10,4 mm x 10,4 mm 161-pins BGA-pakket. Dit vergemakkelijkt het lay-outontwerp voor ingenieurs, terwijl de benodigde ruimte wordt geminimaliseerd. Gekenmerkt door zijn kleine footprint, laag energieverbruik, hoge nauwkeurigheid en brede temperatuurtolerantie, is deze chip ideaal voor industriële toepassingen, waaronder fabrieksautomatisering, industriële afstandssensoren, industriële snelheidssensoren en veiligheidsbeschermingsapparatuur.
TI IWR6843 60–64GHz industriële slimme robotmillimeter-Wave-radarsensor
Wanneer industriële robots naast mensen opereren, bewegen ze langzaam. Fabrikanten van robotarmen en geautomatiseerde industriële robots moeten de omgevingsdetectiemogelijkheden in robotontwerpen verbeteren om potentiële botsingen snel te detecteren en te voorkomen. Om dit aan te pakken heeft TI de IWR6843 millimeter-golfradarsensor voor robots ontwikkeld.
Deze intelligente sensorchip, gebaseerd op FMCW-technologie, voert realtime gegevensverwerking en besluitvorming- uit terwijl hij werkt in de frequentieband van 60-64 GHz. Het ondersteunt 4-kanaalsontvangst, 3-kanaals transmissie van millimetergolfsignalen, PLL-regeling met gesloten lus en hardwareversnelling. De specificaties komen grotendeels overeen met die van de IWR1443 en verschillen voornamelijk door de integratie van een C674x DSP-signaalprocessor voor verbeterde rekenkracht. Deze radarsensorchip detecteert objecten binnen een straal van 10 meter, zonder beperkingen op het type gedetecteerde doel.
Wat de detectiehoek betreft, ondersteunt deze een maximale brede- hoekdetectie van 120 graden om de omgeving nauwkeurig te detecteren en gevaarlijke botsingen tussen industriële robots en andere objecten of mensen te voorkomen. De IWR6843 werkt effectief in omgevingen met rook, stof of slechte lichtomstandigheden en kan transparante objecten detecteren, voldoen aan de industriële productiebehoeften en uitdagingen op het gebied van menselijke-machine-interactie aangaan.
Samenvatting
De snelle vooruitgang van de industriële automatisering is nauw verweven met sensortechnologie. Millimeter-golfradar valt op door zijn penetratievermogen, detectiebereik en weerstand tegen omgevingsinterferentie. Vergeleken met lidar biedt het een relatief lager kostenvoordeel en wordt het nu op grote schaal toegepast in de industriële productie. Deze technologie stuwt de industriële automatisering vooruit en positioneert deze om het tijdperk van Industrie 4.0 met verbeterde mogelijkheden te omarmen.