Moderne Bewegungsoptionen für Prüflinge
Ludwig Mair, Business Development Manager Radar, NOFFZ Technologies
Autonomes Fahren und die dazugehörige Sensorik erleben derzeit einen enormen Entwicklungsschub. Damit diese Vision Realität werden kann und um höhere Sicherheitsstandards zu gewährleisten, werden mittelfristig nicht nur mehr, sondern auch größere Radarsensoren in Fahrzeugen verbaut. Diese Sensoren können ihre Umgebung noch detailgetreuer erfassen, wodurch mögliche Gefahrenpotentiale früher erkannt werden können.
Um die verschiedenen Sensoren effektiv zu validieren und zu kalibrieren, sind hochgenaue Testsysteme erforderlich, die den spezifischen Anforderungen dieser neuen Sensortypen gerecht werden. Sowohl in der Entwicklungsphase als auch in der Sensorfertigung spielen diese Testsysteme eine entscheidende Rolle, damit die kalibrierten Radarsensoren die Sicherheit und Leistungsfähigkeit autonomer Fahrzeuge gewährleisten können.
Anforderungen
Die Anforderungen an Testsysteme für die Validierung und End-of-Line (EOL)-Tests von Radarsensoren variieren je nach Anwendung und Funktion des Sensors. Je nach vorgegebenen Testanforderungen ergeben sich dabei verschiedene Tester mit Messaufbauten wie DFF (Direct Far Field) oder CATR (Compact Antenna Test Range).
Für die Validierung sind Flexibilität und Genauigkeit entscheidend. Die Testsysteme müssen eine Vielzahl von Testszenarien abdecken, um die Funktionalität und Leistung des Radarsensors unter verschiedenen Bedingungen zu gewährleisten. Dabei ist eine hohe Genauigkeit erforderlich, um präzise Messungen der Sensorparameter zu ermöglichen.
Bei EOL-Tests stehen hingegen Zuverlässigkeit und Automatisierung im Vordergrund. Die Testsysteme müssen robust und zuverlässig sein, um den Anforderungen einer Hochvolumenproduktion standzuhalten. Vollautomatisierte Testsysteme sind erforderlich, um eine schnelle und effiziente Prüfung der Radarsensoren während des Herstellungsprozesses zu gewährleisten. Zudem sollten sie skalierbar sein, um Flexibilität und Wirtschaftlichkeit sicherzustellen.
Die Funktion des Radarsensors spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Festlegung der Anforderungen an Testsysteme. Short-Range-Radarsensoren müssen in der Lage sein, Objekte in unmittelbarer Nähe des Fahrzeugs präzise zu erfassen. Mid-Range-Radare benötigen moderate Reichweite und Auflösung, um mittlere Entfernungen abzudecken. Long-Range-Radare erfassen Ziele, welche sich in einer größeren Entfernung befinden. Radartestsysteme müssen die Fähigkeit besitzen, alle diese unterschiedlichen Anforderungen in einer komprimierten Bauform darzustellen, um den jeweiligen Sensor zu validieren bzw. zu kalibrieren. Für hochauflösende bildgebende (Imaging) Radare sind genaue Testsysteme essenziell, um mit den Radarsensoren nach deren Kalibrierung detailgetreue Objektinformationen zu erfassen und weiterzuleiten. Diese werden anschließend in Algorithmen ausgewertet und in detektierte Objekte gewandelt. Hinzu kommen neu eingeführte Varianten wie vorausschauende Radar (FLR) und In-Cabin-Sensing-Systeme (ICS).
Insgesamt ergeben sich für Radarsensortestsysteme differenzierte Anforderungen hinsichtlich Flexibilität, Genauigkeit, Stellfläche, Reflexionsunterdrückung, Testzeit und Preis, abhängig von der Anwendung (Validierung/EOL) und der Art des Sensors (Short-/Mid-/Long-Range, Imaging, FLR, ICS).
Aktueller Entwicklungsstand
Für die Kalibrierung des Sensors ist es notwendig, dass dieser sich in horizontaler (Azimut) und vertikaler (Elevation) Richtung zum Ziel bewegt, um die Antennencharakteristik des Radarsensors zu bestimmen. Abhängig von den spezifischen Anforderungen des Testsystems stehen verschiedene Positioniersysteme zur Verfügung.
Abb. 1: Die drei gängigen Technologien zur Bewegung des Radarsensors innerhalb der NOFFZ-Prüfkammer: (links) zwei unabhängige Aktoren, (mitte) ein Goniometer und (rechts) ein Roboter.
Zu den gängigen Optionen gehören Roboter, Goniometer sowie maßgeschneiderte, proprietäre Mehrachs-Positioniersysteme. Jedes dieser Systeme bietet unterschiedliche Vorteile hinsichtlich Flexibilität, Genauigkeit, Geschwindigkeit und Komplexität.
Roboter gewährleisten beispielsweise eine hohe Flexibilität und sind in der Lage, komplexe Bewegungen auszuführen. Goniometer garantieren eine präzise Positionierung in Azimut und Elevation. Proprietäre Mehrachs-Positioniersysteme können speziell an die Anforderungen des Tests angepasst werden, bieten jedoch möglicherweise weniger Flexibilität für zukünftige Anwendungen.
Der Stand der Technik liegt in der kontinuierlichen Weiterentwicklung dieser Positioniersysteme, um eine optimale Balance zwischen Flexibilität, Genauigkeit und Kosten für die Sensorkalibrierung zu realisieren.
NOFFZ Plattform-Lösung – 6-Achs-Roboter
Die Lösungen für unsere Testsysteme umfassen neben Goniometern und anderen proprietären Mehrachs-Positioniersystemen auch die Verwendung von 6-Achs-Robotern unseres Partners Mitsubishi Electric. Diese Roboter werden sowohl im Laborbetrieb als auch speziell für hochvolumige Anwendungen in der Serienfertigung eingesetzt. Die Nutzung eines Roboters bietet ein Höchstmaß an Flexibilität für die Bewegung des Sensors und ermöglicht die Durchführung einer Vielzahl von Mess- und Prüffunktionen für unterschiedliche Anforderungen.
Abb. 2: Integration eines 6-Achs-Roboters in einer Absorberkammer eines NOFFZ Testsystems zur präzisen und flexiblen Positionierung des Radarsensors während der Kalibrierung.
Die von uns verwendeten Roboter zeichnen sich durch ihre hohe Präzision, Zuverlässigkeit und Vielseitigkeit aus. Sie ermöglichen komplexe Bewegungsmuster in allen 6 Freiheitsgraden. Insbesondere kann das Basiskoordinatensystem frei gewählt werden.
Mit Hilfe der individuellen Roboter-Programmierung kann die Sensorbewegung angepasst werden und bietet eine optimale Lösung für eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich der Sensorkalibrierung. Um die Genauigkeit der Roboter Bahnbewegung während der Sensorbewegung zu optimieren, können mittels eines speziellen Messverfahrens die systembedingten Abweichungen von der Idealbewegung erfasst und in einer Bahnkorrektur berücksichtigt werden.
Die Verwendung von 6-Achs-Robotern eröffnet neue Möglichkeiten für die Sensorkalibrierung und bietet eine effiziente und zuverlässige Lösung sowohl für den Laborbetrieb als auch für die Serienfertigung.
Vorteile 6-Achs-Roboter
- Höchstmögliche Flexibilität für unterschiedlichste Bewegungsanforderungen in 6 Freiheitsgraden (X, Y, Z, Rollen, Nicken, Gieren)
- Programmierung auf unterschiedliche Sensor-Ablagepositionen für Dual Nest-Anforderungen zur Steigerung des Fertigungsdurchsatzes
- Hohe Bewegungsgeschwindigkeiten für schnelle und effiziente Testdurchführung
- Anpassung an unterschiedliche Sensortypen mittels individueller Prüflingsaufnahmen
- Integrierter Schnellwechseladapter zum schnellen Umrüsten auf unterschiedliche Sensortypen
- Nutzung für ergänzende Messaufgaben in der Absorberkammer, z.B. für Noise-Level- Messungen
- Oszillierende Bewegung des Radarsensors in Zielrichtung möglich, z.B. für In-Cabin-Monitoring-Anwendungen
- Verwendung für Radom-Charakterisierung zur Bewertung der Radarstrahlungseigenschaften
NOFFZ Plattform-Lösung – Drehteller mit gekoppeltem Goniometer
Neben Robotern verwenden wir in unseren Testsystemen auch ein eigenentwickeltes 2-Achs-Positioniersystem. Diese Methode ist sowohl für den Laborbetrieb als auch für kleine und mittlere Volumen in der Produktion geeignet.
Das 2-Achs-Positioniersystem besteht aus der Kombination eines Drehtellers und einem aufgesetzten Goniometer. Der Drehteller repräsentiert die Azimut-Bewegung, während das Goniometer die Elevation steuert. Beide Bewegungsachsen sind auf die Strahlmitte (Beam Center) des Radarsensors ausgerichtet, um den Sensor in jeder der beiden Einzelrichtungen sowie gemeinsam zu bewegen.
Vorteile Goniometer
- Hohe Positioniergenauigkeit der Sensorbewegung um dessen Strahlmitte
- Anpassung an unterschiedliche Sensortypen mittels individueller Prüflingsaufnahmen
- Integrierter Schnellwechseladapter zum schnellen Umrüsten auf unterschiedliche Sensortypen
- Kompakte Bauweise mit geringem Reflexionsquerschnitt
- Bestmögliche Reflexionsunterdrückung durch sehr gute Abdeckung mit Absorbermaterial
- Kostengünstige Mehrachspositionierung für Labor, Validierung sowie kleine und mittlere Volumen in der Serienfertigung
- Integration in bestehende Testkammern möglich
Abb. 3: Ein Goniometer auf einem Drehteller zur genauen Positionierung des Radarsensors in Azimut und Elevation innerhalb eines NOFFZ Radartestsystems.
Unsere hochpräzisen 2-Achs- und 6-Achs-Positioniersysteme bieten maßgeschneiderte Lösungen für die Validierung und Kalibrierung von Radarsensoren. Sie gewährleisten höchste Flexibilität, Genauigkeit und Effizienz sowohl im Labor als auch in der Serienfertigung. Mit unseren innovativen Testsystemen sind Sie bestens gerüstet, die steigenden Anforderungen der autonomen Fahrzeugsensorik zu erfüllen und die Sicherheit sowie Leistungsfähigkeit zu maximieren.