¿Qué es la tecnología LiDAR?

Por décadas, la tecnología LiDAR se ha usado como un método de detección efectivo en múltiples escenarios e industrias. Pero, ¿qué es exactamente y de donde proviene?
LiDAR es un acrónimo de LIght Detection And Ranging. Opera en el concepto de tiempo de vuelo, que es un concepto muy bien probado en la industria. Conocemos la velocidad de la luz a través de nuestra atmósfera, lo que significa que podemos enviar un pulso de luz, rebotar en un objetivo y medir la cantidad de tiempo que tarda en regresar. Al reducir a la mitad el tiempo total y multiplicar por la velocidad de la luz, conocemos la distancia al objetivo. Este es el núcleo de cómo funciona LiDAR.
Para capturar más datos sobre el entorno, el sistema toma el pulso de luz y lo rebota en un espejo giratorio. A medida que el láser gira, obtiene todas estas medidas como si fuera un ventilador alrededor del LiDAR, que forma un plano de medición. Este plano de medición se puede apilar simultaneamente con otros planos para crear un mapa tridimensional, llamado point cloud.
La tecnología LiDAR tiene una serie de ventajas, que incluyen un alto grado de precisión, alta resolución y una gran distancia de detección. Esto lo hace beneficioso para su uso en numerosas aplicaciones.

Los primeros usos de LiDAR

El concepto de LiDAR fue descubierto en 1930 para calcular la distancia y densidad de las nubes usando reflectores, papel fotográfico y un lente telescópico. Sobre la base de ese concepto, el primer prototipo de la tecnología LiDAR llego poco después de la invención del laser en 1961 por la Hugh Aircraft Company. La intención inicial era usarlo para rastrear satélites, así como también medir nubes y contaminación en el aire. La tecnología gano popularidad cuando el programa espacial de Estados Unidos uso la tecnologia para mapear la superficie de la luna durante la misión del Apolo 15 en 1971.
Desde entonces, ha sido usada en numerosas aplicaciones a través de múltiples industrias. La NASA continua usando LiDAR para el mapeo topográfico de la Tierra y estudiar el cambio climático. Los geólogos lo usan para crear mapas o modelos digitales de elevación. En arqueología se usa para crear mapas en alta resolución para topografía. Incluso se ha usado en la industria del entretenimiento para crear modelos de edificios y ciudades en 3D para las producciones.
Incluso, quizás tenga la tecnología LiDAR en su bolsillo. Los últimos modelos de iPhone poseen un pequeño sensor LiDAR para las apps de realidad aumentada.
El primer uso en aplicaciones industriales llego del fundador de SICK, el Dr. Erwin Sick, quien utilizó un rango basado en luz para hacer que la maquinaria fuera segura. Su meta era encontrar maneras en las cuales usar la tecnología para hacer más seguros los trabajos de las personas y hacer del mundo un lugar mejor. Desde entonces, la tecnología es usada en múltiples ambientes industriales y de fabricación, incluida la seguridad de las máquinas y la robótica.

Evolucion del procesamiento de datos con tecnología LiDAR

En el pasado, muchos de los datos eran enviados a un controlador, que la analizaba y usaba para tomar medidas. Este era un proceso complejo y muchos no tenían los recursos o no veían el valor de emprender en este tipo de proyectos. Sin embargo, a lo largo de los años, se han agregado más herramientas y funcionalidades a LiDAR para facilitar el trabajo con la tecnología y esto ha brindado la capacidad de obtener datos muy valiosos de los procesos de fabricación. Hoy en día, muchos de los productos LiDAR vienen con utilidades de configuración integradas que hacen que esta sea simple e intuitiva.

Tipos de LiDAR

Desde su invención, varios tipos de LiDAR han sido creados para múltiples aplicaciones industriales. Los tres mas comunes son:

LiDAR sensorizado

Este tipo de LiDAR viene en forma de un escáner láser compacto y liviano. Estos se consideran tecnología de entrada, ya que generalmente se usan para tareas simples de monitoreo de área. Los productos LiDAR sensorizados funcionan bien incluso con mucha luz ambiental gracias a la tecnología de medición de distancia de alta definición (HDDM) de SICK. Esto reduce el costo y la complejidad en la detección de LiDAR.
Este tipo de LiDAR es usado en algunos vehículos autonomices, pero también se usa cada vez mas en aplicaciones básicas en planta. El sensor LiDAR crea un plano de detección invisible que puede ser programado para detectar objetos que no deberían de estar ahí. Quizás un un contenedor demasiado lleno o una bolsa con objetos colgando. Esto es especialmente útil para entornos de producción embalaje.
En aplicaciones de picking de contenedores detección de paso, también se puede utilizar LiDAR sensorizado. Esto permite a los fabricantes monitorear la producción y garantizar el control de calidad. Si un operador alcanza el contenedor incorrecto, el sistema le indicará al operador. Históricamente, esto se hacía a menudo con múltiples cortinas de luz, pero un solo dispositivo LiDAR es mucho más simple de instalar y cablear.

LiDAR multi-capa

Algunos lo llaman LiDAR 3D y otros se refieren a el como multi-capas o multi-canal. Este tipo de LiDAR proporciona no solo un plano único como un LiDAR 2D, sino 3 planos mas que proporciona datos adicionales. Esto se puede utilizar para detectar objetos a larga distancia.
Los planos adicionales agregan una capa adicional de detección de la que carece el LiDAR 2D. Por ejemplo, si un objeto no está alineado correctamente con el plano, otro plano puede detectarlo en su lugar. Esto permite una mayor flexibilidad, de modo que si las cosas no están perfectamente alineadas o no siempre están 100% en la misma posición exacta, un sensor multicapa puede adaptarse.
Una razón común para usar un LiDAR multi-capas es para detectar los pallets mal ubicados en un entorno de empaquetamiento. Puede ser usado para escanear pallets y buscar objetos que no deben estar ahí. También puede garantizar que el pallet esté en orden y que no haya objetos colgando que puedan quedar atrapados en el equipo, perforar la envoltura elástica o cualquier cosa que estropee la línea. También toma en cuenta pallets que no son completamente verticales, por ser multi-capas.

LiDAR de estado sólido

Otro tipo de LiDAR es el de estado sólido. En lugar de un solo plano o varios planos como los dos anteriores, este tipo de LiDAR proporciona una vista de cámara de todo lo que mira. Con esta tecnología, se toma una instantánea 3D del área circundante que va más allá de una simple imagen. También proporciona la profundidad o distancia asociada con cada “píxel” de esa imagen.
Este tipo de tecnología LiDAR se puede utilizar en muchas aplicaciones AMR, pero también funciona bien en otras aplicaciones. Por ejemplo, en aplicaciones de picking de contenedores, el LiDAR puede proporcionar una imagen en 3D de lo que esté en el contenedor, lo que permite al robot saber cuándo y qué debe recolectar.
Una aplicación final es el dimensionamiento de paquetes para carga de pallets. En la carga de pallets es común usar a la pinza de succión de un robot para tomar varias cajas y apilarlas en un pallet. Al añadir el LiDAR al efector final, el robot puede detectar la posición y tamaño de la caja para que pueda adaptar su agarre dinámicamente mejorando la eficiencia y reduciendo los errores. La cámara se instala rápidamente, está lista para funcionar de inmediato y proporciona datos 3D fiables de alta calidad en una sola toma.

La versatilidad de LiDAR

La tecnología LiDAR puede ser usada en una variedad de aplicaciones en muchas industrias. En ambientes industriales, la tecnología ha avanzado al punto donde los fabricantes pueden usar esta tecnología de forma en las que nunca pensamos era posible.