OPALID

Lichtradar für die moderne Produktion

Zur Umsetzung von Industrie 4.0 und der im Förderprogramm anvisierten flexiblen, vernetzten Produktion kommt der optischen Sensorik eine grundlegende und entscheidende Rolle zu. Sie bildet die physikalische Grundlage zur Erfassung aller Informationen im intelligenten, hochautomatisierten Produktionsablauf. Ohne diese Information, deren intelligenter Vorverarbeitung (Sensor Intelligence) und den Informationsaustausch zwischen allen beteiligten Systemen ist Industrie 4.0 nicht denkbar. Zur erfolgreichen Umsetzung sind spezialisierte Sensorsysteme notwendig, die komplementäre Informationskanäle bedienen und/oder durch Redundanz sichere Systeme ermöglichen. Besondere Bedeutung kommt der Tiefeninformation zu, da nur durch sie ein vollständiges 3-dimensionales Bild der Umwelt erzielt werden kann. Sogenannte LiDAR- (Light Detection And Ranging) Systeme werden seit Jahren eingesetzt, um die Tiefeninformation zu gewinnen. Dabei wird aus der Laufzeit, die ausgesendetes Licht braucht, um zum Objekt und wieder zurück zu gelangen, die gesuchte Tiefeninformation gewonnen. Damit ist die Erkennung und Vermessung von bewegten Objekten möglich. Dies können Produkte und Bauteile auf Förderbändern sein, oder Fahrzeugen auf Straßen und in Tunneln. Ebenso können LIDAR-Systeme die notwendigen Informationen liefern, um AGV’s (Automated Guided Vehicles) im Logistikbereich (sowohl im Innen- als auch Außenbereich z. B. in Hafenanlagen) und allgemein autonome Fahrzeuge im Straßenverkehr sicher zu bewegen.

LiDAR bildet für automatisiertes Fahren, neben Stereo-Kameras und Radar-Systemen, den dritten sensorischen Eckpfeiler. Bis dato setzen praktisch alle autonomen Fahrzeuge LiDAR zur Gewinnung von 3D-Tiefeninformation insbesondere zur Kollisionsvermeidung ein. Jedoch sind aktuelle Systeme bauartbedingt zu groß und zu teuer für den massenhaften Einsatz und durch rotierende Sende- und Empfangseinheiten zu erschütterungsanfällig für den Betrieb in schnell bewegten Systemen wie Robotern und Fahrzeugen im Straßenverkehr. Um hierfür Lösungen zu entwickeln, müssen die technologischen Grundlagen für kleine und robuste LiDAR-Systeme erforscht werden.

Optical Phased Array LiDAR-Systeme auf Silizium-Photonik-Basis

Ziel des Verbundprojekts ist die Erforschung und Entwicklung der neuen Basistechnologien zur Realisierung kleiner, robuster und preiswerter LiDAR-Systeme ohne bewegliche Teile. Dazu setzt das Konsortium auf neueste Forschungsergebnisse der Mikro- und Nanooptik und der Silizium-Photonik. Indem die große, rotierende Sende- und Empfangseinheit durch ein sogenanntes Optical Phased Array (OPA) – realisiert als optischer Silizium-Schaltkreis – ersetzt wird, lässt sich dieses Ziel erreichen. Das OPA wird voraussichtlich Abmessungen im Quadratmillimeter-Bereich haben und ohne bewegliche Teile auskommen. Durch den Übergang zum Nah-Infraroten Spektralbereich sind höhere Sendeleistungen möglich, ohne die Augensicherheit zu gefährden. Somit werden der Messbereich und der erfassbare Raum erweitert, sodass sich die Systeme besonders für den Einsatz im Automobilbereich eignen.

Damit die genannten Ziele erreicht werden können, müssen Forschungsarbeiten zu Silizium-Photonik-Komponenten, der optischen und elektronischen Integration und hochsensitiven Detektoren durchgeführt werden. Die erforderlichen Kompetenzen werden von den Partnern des Konsortiums im Rahmen des geplanten Verbundprojektes zusammengeführt.