Laser-Distanzmessmodule sind hochpräzise Werkzeuge, die in Bereichen wie autonomem Fahren, Drohnen, industrieller Automatisierung und Robotik weit verbreitet sind. Das Funktionsprinzip dieser Module besteht typischerweise darin, einen Laserstrahl auszusenden und die Entfernung zwischen Objekt und Sensor durch Empfang des reflektierten Lichts zu messen. Unter den verschiedenen Leistungsparametern von Laser-Distanzmessmodulen ist die Strahldivergenz ein entscheidender Faktor, der Messgenauigkeit, Messbereich und die Wahl der Anwendungsszenarien direkt beeinflusst.
1. Grundkonzept der Strahldivergenz
Die Strahldivergenz bezeichnet den Winkel, um den sich der Querschnitt des Laserstrahls vergrößert, je weiter er sich vom Laseremitter entfernt. Einfacher ausgedrückt: Je kleiner die Strahldivergenz, desto konzentrierter bleibt der Laserstrahl während der Ausbreitung; umgekehrt: Je größer die Strahldivergenz, desto breiter ist die Strahlausbreitung. In der Praxis wird die Strahldivergenz üblicherweise in Winkeln (Grad oder Milliradian) angegeben.
Die Divergenz des Laserstrahls bestimmt seine Ausbreitung über eine bestimmte Distanz und beeinflusst damit die Punktgröße auf dem Zielobjekt. Bei zu großer Divergenz deckt der Strahl bei großen Entfernungen einen größeren Bereich ab, was die Messgenauigkeit beeinträchtigen kann. Ist die Divergenz hingegen zu gering, kann der Strahl bei großen Entfernungen zu stark fokussiert sein, was die Reflexion erschwert oder sogar den Empfang des reflektierten Signals verhindert. Daher ist die Wahl einer geeigneten Strahldivergenz entscheidend für die Genauigkeit und den Anwendungsbereich eines Laser-Entfernungsmessmoduls.
2. Einfluss der Strahldivergenz auf die Leistung des Laser-Entfernungsmessmoduls
Die Strahldivergenz wirkt sich direkt auf die Messgenauigkeit des Laserdistanzmoduls aus. Eine größere Strahldivergenz führt zu einem größeren Messfleck, was zu gestreutem reflektiertem Licht und ungenauen Messungen führen kann. Bei größeren Entfernungen kann ein größerer Messfleck das reflektierte Licht schwächen, was die vom Sensor empfangene Signalqualität beeinträchtigt und somit Messfehler erhöht. Im Gegensatz dazu bleibt der Laserstrahl bei geringerer Strahldivergenz über größere Entfernungen fokussiert, was zu einem kleineren Messfleck und damit zu einer höheren Messgenauigkeit führt. Für Anwendungen, die hohe Präzision erfordern, wie z. B. Laserscanning und präzise Lokalisierung, ist eine geringere Strahldivergenz in der Regel die bevorzugte Wahl.
Die Strahldivergenz hängt eng mit der Messreichweite zusammen. Bei Laserdistanzmodulen mit großer Strahldivergenz breitet sich der Laserstrahl schnell über große Entfernungen aus, wodurch das reflektierte Signal geschwächt und letztlich die effektive Messreichweite begrenzt wird. Zudem kann eine größere Punktgröße dazu führen, dass reflektiertes Licht aus mehreren Richtungen kommt. Dies erschwert dem Sensor den präzisen Empfang des Zielsignals, was wiederum die Messergebnisse beeinträchtigt.
Andererseits trägt eine geringere Strahldivergenz dazu bei, dass der Laserstrahl konzentriert bleibt, wodurch das reflektierte Licht stark bleibt und somit der effektive Messbereich erweitert wird. Je geringer also die Strahldivergenz eines Laser-Entfernungsmessmoduls ist, desto größer ist typischerweise der effektive Messbereich.
Die Wahl der Strahldivergenz hängt auch eng mit dem Anwendungsszenario des Laser-Distanzmessmoduls zusammen. Für Szenarien, die hochpräzise Messungen über große Entfernungen erfordern (wie z. B. Hinderniserkennung beim autonomen Fahren, LiDAR), wird typischerweise ein Modul mit geringer Strahldivergenz gewählt, um genaue Messungen über große Entfernungen zu gewährleisten.
Für Messungen über kurze Distanzen, Scans oder einige industrielle Automatisierungssysteme ist möglicherweise ein Modul mit größerer Strahldivergenz vorzuziehen, um den Abdeckungsbereich zu vergrößern und die Messeffizienz zu verbessern.
Die Strahldivergenz wird auch von den Umgebungsbedingungen beeinflusst. In komplexen Umgebungen mit starken Reflexionen (wie z. B. industriellen Produktionslinien oder Gebäudescannern) kann die Ausbreitung des Laserstrahls die Reflexion und den Empfang des Lichts beeinträchtigen. In solchen Fällen kann eine größere Strahldivergenz hilfreich sein, da sie einen größeren Bereich abdeckt, die Stärke des empfangenen Signals erhöht und Umgebungsstörungen reduziert. Andererseits kann in klaren, hindernisfreien Umgebungen eine geringere Strahldivergenz dazu beitragen, die Messung auf das Ziel zu fokussieren und so Fehler zu minimieren.
3. Auswahl und Design der Strahldivergenz
Die Strahldivergenz eines Laser-Entfernungsmessmoduls wird typischerweise durch das Design des Laseremitters bestimmt. Unterschiedliche Anwendungsszenarien und Anforderungen führen zu Abweichungen im Strahldivergenzdesign. Nachfolgend finden Sie einige gängige Anwendungsszenarien und die zugehörigen Strahldivergenzoptionen:
- Hochpräzise und weitreichende Messung:
Für Anwendungen, die sowohl hohe Präzision als auch große Messdistanzen erfordern (wie z. B. Präzisionsmessungen, LiDAR und autonomes Fahren), wird in der Regel eine geringere Strahldivergenz gewählt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Laserstrahl über größere Distanzen eine kleine Punktgröße beibehält, was sowohl die Messgenauigkeit als auch die Reichweite verbessert. Beispielsweise wird beim autonomen Fahren die Strahldivergenz von LiDAR-Systemen typischerweise unter 1° gehalten, um weit entfernte Hindernisse präzise zu erkennen.
- Große Abdeckung mit geringeren Präzisionsanforderungen:
In Szenarien, in denen ein größerer Abdeckungsbereich erforderlich ist, Präzision jedoch weniger wichtig ist (z. B. bei der Roboterlokalisierung und Umgebungserfassung), wird üblicherweise eine größere Strahldivergenz gewählt. Dadurch kann der Laserstrahl einen größeren Bereich abdecken, was die Sensorfunktionen des Geräts verbessert und es für schnelles Scannen oder die Erfassung großer Flächen geeignet macht.
- Kurzstreckenmessung im Innenbereich:
Bei Messungen in Innenräumen oder im Nahbereich kann eine größere Strahldivergenz die Reichweite des Laserstrahls erhöhen und Messfehler durch ungünstige Reflexionswinkel reduzieren. In solchen Fällen kann eine größere Strahldivergenz durch Vergrößerung der Messfleckgröße stabile Messergebnisse gewährleisten.
4. Fazit
Die Strahldivergenz ist einer der wichtigsten Faktoren für die Leistung von Laser-Distanzmessmodulen. Sie beeinflusst direkt Messgenauigkeit, Messbereich und die Wahl der Anwendungsszenarien. Die richtige Auslegung der Strahldivergenz kann die Gesamtleistung des Laser-Distanzmessmoduls verbessern und dessen Stabilität und Effizienz in verschiedenen Anwendungen gewährleisten. Mit der Weiterentwicklung der Laser-Distanzmesstechnologie wird die Optimierung der Strahldivergenz zu einem wichtigen Faktor für die Erweiterung des Anwendungsbereichs und der Messmöglichkeiten dieser Module.
Lumispot
Adresse: Gebäude 4 Nr., Nr. 99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, China
Tel: + 86-0510 87381808.
Handy: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Veröffentlichungszeit: 18. November 2024