Mākslīgais intelekts, 5G un lielo datu tehnoloģijas paātrina rūpniecības uzlabojumus visās nozarēs. Līdz ar nozares 4.0 ēras parādīšanos industriālās tehnoloģijas attīstās uz lielāku intelektu un automatizāciju. Rūpnieciskās automatizācijas tehnoloģija ir Ķīnas pašreizējās rūpniecības attīstības galvenā uzmanība. Milimetru{5}}viļņu radara sensori, kam raksturīga spēcīga iespiešanās spēja, tiek plaši izmantoti rūpnieciskās automatizācijas projektos. Viedo iekārtu, piemēram, rūpniecisko robotu un robotu roku, standartizētās un efektīvās automatizētās darbības ir cieši saistītas ar milimetru{7}}viļņu radara augstas precizitātes{8}}noteikšanas iespējām.
Kādas priekšrocības milimetra{0}}viļņu radaram ir salīdzinājumā ar citiem radariem rūpniecībā?
Pašlaik radara sensori galvenokārt tiek iedalīti trīs veidos: lidars, ultraskaņas radars un milimetru{0}}viļņu radars. Katrs veids darbojas pēc atšķirīgiem principiem, un tam ir dažādas noteikšanas iespējas. Tālāk mēs analizējam milimetru-viļņu radara priekšrocības rūpnieciskos lietojumos.
Izcila iespiešanās spēja: pamatojoties uz to atšķirīgajiem darbības principiem, dažādiem radariem ir atšķirīgas iespiešanās spējas. Lidar paļaujas uz lāzera stariem, lai uzraudzītu objektus, un nevar iekļūt šķēršļos. Ultraskaņas radars uztver objektus, izstarojot ultraskaņas viļņus, kas nespēj iekļūt blīvākiem vai cietākiem mērķiem. Milimetru-viļņu radars uztver objektus, izstarojot elektromagnētiskos viļņus, kas var iekļūt daudzos nemetāliskos materiālos, piemēram, ūdenī, stiklā un veģetācijā. Starp šiem trim radaru veidiem milimetru{6}}viļņu radars demonstrē izcilu iespiešanās spēju.
Liels noteikšanas diapazons
LiDAR uzrauga objektus, izmantojot lāzera starus, sasniedzot uztveršanas attālumus līdz 50 metriem, kad tie netiek traucēti. Ultraskaņas radars sasniedz visaugstāko noteikšanas precizitāti no 0,1 līdz 3 metriem ar tipisku sānu noteikšanas diapazonu līdz 8 metriem. To parasti izmanto automobiļu radaru sistēmās. Milimetru{7}}viļņu radars darbojas frekvencēs no centimetru viļņiem līdz mikroviļņiem, apvienojot gan optiskā, gan mikroviļņu radara priekšrocības, nodrošinot izcilu iespiešanos. Tā tipiskais noteikšanas diapazons ir no 0 līdz 200 metriem, tādēļ tā ir visgarākā diapazona opcija.
Tam ir spēcīga izturība pret traucējumiem darbības vidē. Turpretim LiDAR veiktspēja intensīvā saules gaismā pasliktinās atspīdumu traucējumu dēļ, ietekmējot noteikšanas rezultātus. Turklāt augsta temperatūra vai dūmu apstākļi var apdraudēt mērījumu precizitāti. Ultraskaņas radars balstās uz ultraskaņas viļņiem, kas izplatās caur vidi. Tā kā ultraskaņas pārraides ātrums atšķiras atkarībā no dažādiem līdzekļiem, nelabvēlīgi laika apstākļi, piemēram, lietus, sniegs vai smilšu vētras, var ietekmēt mērījumu precizitāti. Tomēr milimetru{5}}viļņu radaru neietekmē vidējais tips, gaismas intensitāte vai temperatūra, nodrošinot spēcīgu izturību pret ārējiem vides traucējumiem.
Milimetru{0}}viļņu radars pārspēj LiDAR un ultraskaņas radaru, izmantojot tādas priekšrocības kā paplašināts noteikšanas diapazons, izcila iespiešanās spēja un vides elastība. Tagad tas ir plaši izmantots rūpnieciskajā automatizācijā. Lai to atbalstītu, Texas Instruments ir ieviesis specializētas milimetru-viļņu radara mikroshēmas dažādiem rūpnieciskās automatizācijas lietojumiem.
TI IWR{0}}–81 GHz rūpnieciskās drošības milimetrs-viļņu radara sensors
Attīstoties tehnoloģiskajām iespējām, tradicionālās rūpnīcas pāriet uz viedo ražošanu, integrējot automatizācijas aprīkojumu, piemēram, robotizētās rokas un viedos robotus. Pilnībā automatizētās iekārtās drošība joprojām ir vissvarīgākā. Lai to risinātu, TI ir izstrādājis rūpnieciskus milimetru{2}}viļņu sensorus personāla un objektu noteikšanai. Kad sensors konstatē tuvojošos cilvēkus vai objektus, tas iedarbina drošības sistēmas, lai samazinātu sadursmes gadījumus. Milimetru{5}}viļņu sensori saglabā noteikšanas precizitāti, ko neietekmē augsts putekļu līmenis vai mainīga gaismas intensitāte rūpnīcas vidē.
IWR1443 ir ļoti integrēta milimetru{1}}viļņu sensora mikroshēma, kuras pamatā ir FMCW tehnoloģija. Darbojoties 76–81 GHz milimetru{5}}viļņu joslā, tam ir īsāki viļņu garumi salīdzinājumā ar tradicionālajām 24 GHz joslām. Ar nepārtrauktu 4 GHz joslas platumu tas uzlabo attāluma izšķirtspēju, atvieglojot tuvumā esošo objektu noteikšanu.
Mikroshēmā iekšēji ir integrēts slēgtas -cilpas PLL ultra-precīzs lineārās frekvences modulācijas impulsu dzinējs. Tā atbalsta trīs signāla pārraides kanālus un divus signāla uztveršanas kanālus, vienlaikus izmantojot divus kanālus milimetru{3}}viļņu signāla pārraides laikā. IWR1443 ietver divas ARM Cortex-R4F radio vadības sistēmas: viena RF kalibrēšanai un drošības uzraudzībai, otra mikroshēmas galvenā vadībai, kas nodrošina netraucētu pārslēgšanos starp galveno un pakārtoto divkāršo režīmu.
Saskarsmei tajā ir divas SPI saskarnes, kas nodrošina savienojamību ar perifērijas procesoriem kontrolei. Enerģijas pārvaldībā tiek izmantots zems-elektroapgādes tīkls, kas uzlabo barošanas avota noraidīšanas koeficientu. Darbojoties plašā temperatūras diapazonā no -40 grādiem līdz 105 grādiem, IWR1443 izmanto kompaktu 10,4 mm × 10,4 mm 161 kontaktu BGA pakotni. Tas atvieglo inženieru izkārtojuma dizainu, vienlaikus samazinot telpas vajadzības. Šī mikroshēma, ko raksturo mazs nospiedums, zems enerģijas patēriņš, augsta precizitāte un liela temperatūras pielaide, ir ideāli piemērota rūpnieciskiem lietojumiem, tostarp rūpnīcas automatizācijai, rūpnieciskiem attāluma sensoriem, rūpnieciskiem ātruma sensoriem un drošības aizsardzības ierīcēm.
TI IWR{0}}–64 GHz rūpnieciskā viedā robota milimetrs-viļņu radara sensors
Kad rūpnieciskie roboti darbojas kopā ar cilvēkiem, tie pārvietojas lēni. Robotu roku un automatizētu rūpniecisko robotu ražotājiem ir jāuzlabo vides uztveršanas iespējas robotu konstrukcijās, lai ātri atklātu un novērstu iespējamās sadursmes. Lai to risinātu, TI izstrādāja IWR6843 milimetru{3}}viļņu radara sensoru robotiem.
Šī viedā sensoru mikroshēma, kuras pamatā ir FMCW tehnoloģija, veic reāllaika datu apstrādi un lēmumu pieņemšanu-, darbojoties 60–64 GHz frekvenču joslā. Tā atbalsta 4-kanālu uztveršanu, 3-kanālu milimetru viļņu signālu pārraidi, PLL slēgtā cikla vadību un aparatūras paātrinājumu. Tās specifikācijas lielā mērā atbilst IWR1443, galvenokārt atšķiras ar C674x DSP signāla procesora integrāciju, lai uzlabotu skaitļošanas jaudu. Šī radara sensora mikroshēma nosaka objektus 10 metru rādiusā, bez ierobežojumiem attiecībā uz atklātā mērķa veidu.
Attiecībā uz noteikšanas leņķi tas atbalsta maksimāli 120 grādu platleņķa{1}}noteikšanu, lai precīzi uztvertu apkārtējo vidi, novēršot bīstamas sadursmes starp rūpnieciskajiem robotiem un citiem objektiem vai cilvēkiem. IWR6843 efektīvi darbojas vidē ar dūmiem, putekļiem vai sliktu apgaismojumu, un tas var noteikt caurspīdīgus objektus, apmierinot rūpnieciskās ražošanas vajadzības un risinot cilvēku-mašīnu mijiedarbības problēmas.
Kopsavilkums
Rūpnieciskās automatizācijas straujā attīstība ir cieši saistīta ar sensoru tehnoloģiju. Milimetru{1}}viļņu radars izceļas ar tā iespiešanās spēju, noteikšanas diapazonu un izturību pret vides traucējumiem. Salīdzinot ar lidaru, tas piedāvā salīdzinoši zemākas izmaksu priekšrocības un tagad ir plaši izmantots rūpnieciskajā ražošanā. Šī tehnoloģija virza rūpniecisko automatizāciju uz priekšu, pozicionējot to, lai aptvertu Industry 4.0 laikmetu ar uzlabotām iespējām.