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Sicherheitstechnik / Sensorik

Qualitätsüberwachung und der Wunsch nach absoluter Sicherheit haben bereits heute zahlreichen Sensoren Einzug in unser Leben ermöglicht. Optische Technologien spielen dabei eine zunehmend wichtige Rolle, weil sie die Vorteile kleiner Bauform, günstiger Herstellkosten, schneller Messgeschwindigkeit, hoher Präzision und Zuverlässigkeit sowie einer berührungslosen Messung über teils große Distanzen hinweg, in sich vereinen.

Abstandsmessung

Abstandsmessung nach dem LiDAR-Prinzip Light Detection And Ranging) ist eine der ältesten Anwendungen für Laser. Im Alltag sind vor allem die "Laserpistolen" bekannt, mit denen die Polizei Temposünder fängt. Für industrielle Anwendungen werden dagegen leistungsstärkere Komponenten benötigt.

LiDAR-Systeme arbeiten nach dem Prinzip der optischen Lichtlaufzeitmessung (ToF = Time of Flight): Dabei sendet eine Impulslaserdiode einen kurzen Lichtimpuls aus. Das emittierte Licht breitet sich so lange aus, bis es von einem Hindernis reflektiert wird und zur Quelle zurückkehrt. Dort wird der Impuls von einer Avalanche­ Photodiode detektiert. Aus dem Zeitraum, der zwischen dem Aussenden des Lichtimpulses und seiner Rückkehr vergangen ist, lässt sich der Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Reflektierenden Hindernis berechnen.

Erste LiDAR-Anwendungen wurden bereits wenige Jahre nach der Erfindung des Lasers von der NASA eingesetzt. Massentauglich wurde die Technologie jedoch erst in den späten 1980er Jahren, als mit der Entwicklung der ersten Halbleiter-Pulslaserdioden (PLDs) kleine, effiziente Emitter verfügbar wurden.

Inzwischen wird die Laser-Abstandsmessung in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen eingesetzt:

Steuerung von Krananlagen

Beim Transport großer, schwerer Güter müssen oft mehrere unabhängige Kräne als ein gemeinsames System arbeiten. Wichtig ist dabei, dass beide Kräne jederzeit absolut parallel zueinander laufen, damit die Last nicht ins Schwanken gerät. LiDAR-gestützte Systeme registrieren auch kleinste Abweichungen und passen die Laufgeschwindigkeiten der Kräne automatisch aneinander an.

Selbstständige Navigation

Ein stetig wachsender Anwendungsbereich ist das autonome Fahren. Während in Fabrikhallen und Wohnzimmern bereits Transport- und Putzroboter mit LiDAR-basierter Navigation unterwegs sind, wird es noch einige Zeit dauern, bis sich die Technologie auch im Straßenverkehr durchsetzt. In diesen Anwendungen werden meist Pulslaserdioden (PLD) eingesetzt, die im NIR (Near Infrared Range) mit einer Wellenlänge von typisch 905 nm emittieren. Das hat zwar zur Folge, dass der Strahl selbst nicht sichtbar ist, vermeidet aber bei kleinen Pulsbreiten Schädigungen an den Augen. Je nach Anwendungsbereich liegen die optischen Leistungen zwischen einigen 10 Watt und mehreren kW .

Kartographie und Archäologie

Mit Laserstrahlen, die von Flugzeugen oder Satelliten ausgehen, lassen sich dreidimensionale Oberflächenprofile erstellen. Schon 1971 nutzte die NASA im Rahmen der Apollo 15-Mission einen blitzlampengepumpten Rubinlaser, um die Mondoberfläche zu vermessen.1 Vor kurzem ist es Archäologen mit Hilfe von LiDAR gelungen, unter der dichten Laubdecke des mittelamerikanischen Regenwalds die Überreste alter Maya-Bauten zu entdecken.

Weitere Anwendungsbereiche

  • Distanz- und Füllstandsmessungen in Silos oder in Schmelztiegeln auch bei hohen Temperaturen
  • Messung der Position und Größe von glühenden Materialien in Walzwerken
  • Höhenmessung von Gebäuden, Bäumen und anderen Objekten zur Vermessung von Stadt- und Freilandgebieten
  • Profilmessung von Steinbrüchen oder Abraumhalden
  • Sensoren für Schiff-Andocksysteme
  • Laser-Rangefinder beim Golfsport

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