Was ist die 3D-Flugzeit?
Die meisten Messsensoren sind so konzipiert, dass sie ein Objekt an einem bestimmten Punkt innerhalb eines engen Bereichs suchen. Es gibt jedoch einige Anwendungen, die eine Suche nach Objekten in einem größeren Bereich erfordern, z. B. die Erkennung, wenn ein Transportwagen mit unterschiedlich geformten Paketen voll ist und ersetzt werden muss, oder die Messung der Höhe von Gegenständen auf einer ganzen Palette, um ein gleichmäßiges Be- oder Entladen sicherzustellen. In solchen Situationen ist die Messung des gesamten Raums mit einem 3D-Time-of-Flight-Sensor (ToF-Sensor) eine effektivere Lösung als ein Einzelpunktsensor.
Alex Novak, Global Product Manager für Sensoren bei Banner Engineering, erklärt: "Die 3D-Laufzeitmessung ist eine Art der optischen Messung. Es wird ein Raster von Entfernungspunkten erstellt, um eine 3D-Punktwolke mit Informationen zu erzeugen, die dann verwendet wird, um verschiedene Dinge über das Ziel zu verstehen. Diese Daten können zur Durchführung von Berechnungen verwendet werden, z. B. zur Ermittlung des Volumens von mehreren Artikeln in einem Behälter. Bestimmte Aspekte des Sichtbereichs können gemeldet werden, z. B. die größte Spitzenhöhe, die ein Sensor sehen kann.
So funktioniert die 3D-Flugzeitberechnung
Die Funktionsweise eines 3D-ToF-Sensors ist recht einfach: Licht wird vom Sensor ausgestrahlt, prallt vom Ziel ab und kehrt zu einem Multipixel-Bildgeber zurück.
Der nächste Teil ist ein wenig komplexer. Wenn das Licht zum Sensor zurückkehrt, meldet jedes einzelne Pixel einen anderen Entfernungsmesspunkt, da es seinen eigenen Teil des ausgesandten Lichts empfängt. Die Entfernungsinformationen für jedes Pixel werden durch Messung der Umlaufzeit von der Lichtemission bis zum Empfang an jedem Pixel ermittelt. Wenn die Abstandsinformationen der einzelnen Pixel kombiniert werden, kann der Sensor ein vollständig dreidimensionales Bild des Gesehenen erstellen.
Wie sich 3D Time of Flight von anderen Sensortechnologien unterscheidet
Die meisten anderen optischen Sensortechnologien messen ein einzelnes Signal, das von einem einzigen Punkt mit kleinem Durchmesser zurückkommt. Da diese Sensoren nur einen sehr kleinen Bereich messen, ist es schwierig, Spitzen und Täler in den gemessenen Materialhöhen zu erkennen. Novak sagt, dass ein 3D-ToF-Sensor andererseits "eine Lichtquelle mit einer speziellen Art von Bildgeber kombiniert und viele Entfernungsmessungen auf einmal durchführt, was die Konstruktion und Interpretation eines 3D-Bildes mit einem einzigen Lichtemissionsereignis ermöglicht". Mit anderen Worten: Ein 3D-ToF-Gerät sammelt Daten von zahlreichen Punkten gleichzeitig in einem großen Bereich, während andere Sensoren Messdaten von bestimmten kleinen Punkten erfassen.
Warum die 3D-Flugzeit für einige Anwendungen die bessere Wahl ist
Bei der Verwendung von 3D-ToF erhält der Benutzer viel mehr Informationen als bei der Verwendung von Einzelpunktsensoren. "Diese zusätzlichen Daten ermöglichen es dem Benutzer, fundiertere Entscheidungen über seine Anwendung zu treffen", sagt Novak. "Sie kann Erkenntnisse liefern, die sonst nur sehr schwer zu gewinnen wären, wie z. B. die Erfassung des Volumens, das in einem leeren Raum eingenommen wird, im Gegensatz zu einem einzelnen Höhenmesspunkt.
Ein 3D-ToF-Sensor kann zum Beispiel die Abweichungen zwischen den oben erwähnten Transportwagen und Paletten leicht und genau erkennen. In den Wagen bilden sich unterschiedliche Spitzen, Täler und Lücken durch Versandstücke verschiedener Formen, Größen und Ausrichtungen. Ein 3D-ToF-Sensor erkennt die unvorhersehbaren und sich ständig ändernden Konturen der gesammelten Pakete, während sie sich stapeln, unabhängig von Größe, Winkel oder Position. Ebenso kann die Oberseite einer Palettenladung leicht daraufhin überwacht werden, ob die Artikel eine bestimmte Stapelhöhe erreichen, unabhängig davon, wo die Artikel platziert sind. Die Bediener können benachrichtigt werden, wenn Füllstände und Spitzenhöhen überall in einem Bereich erreicht werden, was ein einzelner Punktsensor möglicherweise nicht erfassen kann.
Wenn präzise Höhenmessungen über einen großen Bereich erforderlich sind, kann die 3D-Flugzeittechnologie viele anspruchsvolle Anwendungen lösen, bei denen andere Technologien ein unvollständiges Bild liefern würden.
