ระบบการควบคุมเครื่องจักรและระบบอัตโนมัติสำหรับโรงพิมพ์และโรงงานอุตสาหกรรม โดยใช้พีแอลซีและซอฟแวร์ (ตอนที่ 8)
(Machine control system and Automation system for Printing houses and Industrial plants using PLC and Software Part 8)
โดย วิรัช เดชาสิริสิงห์ ผู้เชี่ยวชาญด้านระบบโรงงานอัตโนมัติและการลดต้นทุนในโรงงานและกระบวนการผลิต
การประยุกต์ใช้ Ultrasonic sensor
Ultrasonic Sensor สามารถประยุกต์การใช้งานได้หลากหลายในอุตสาหกรรม โดยไม่ได้จำกัดการใช้ในงานวัดระดับความสูงของวัตถุเท่านั้น ดังนั้น Ultrasonic Sensor ประยุกต์ใช้งานได้ดังนี้
ข้อดีของ Ultrasonic Sensor
- สามารถใช้วัดระดับของวัตถุในสถานะของเหลวและของแข็ง เช่น ฝุ่นผง เมล็ดพืช เม็ดพลาสติก น้ำมัน สารเคมี เป็นต้น
- สามารถวัดระดับของวัตถุได้ทั้งแบบจุดและแบบต่อเนื่อง ขึ้นอยู่กับลักษณะการออกแบบของ Ultrasonic Sensor
- Ultrasonic Sensor สามารถทำงานโดยไม่ต้องสัมผัสกับของเหลว
ข้อจำกัด Ultrasonic Sensor
- ไม่เหมาะกับวัตถุที่สามารถดูดซับเสียง หรือมีซึ่งจะทำให้การสะท้อนเกิดความผิดพลาด
- การติดตั้งของ Ultrasonic Sensor ด้านบนอาจทำให้การใช้งานเกิดความผิดพลาด ถ้าหากอากาศมีความชื้นสูง
- ไม่สามารถใช้ในถังปิดหรือพื้นที่สุญญากาศได้
- ใช้ในพื้นที่อุณหภูมิสูงมากไม่ได้
- ใช้ในพื้นที่ที่มีความดันสูงไม่ได้ ส่วนใหญ่ผู้ผลิตออกแบบให้ในความดันบรรยากาศและเต็มที่ไม่เกิน 2 bar (แล้วแต่แบรนด์)
- ไม่สามารถใช้ในพื้นที่หรือถังที่มีวัตถุที่ทำให้เกิดฝุ่นฟุ้งกระจายในถัง หรือสารเคมีบางชนิดที่มีการระเหยไอ เกิดโฟม หรือเกิดฟองได้
สรุป การใช้งานของ Ultrasonic Sensor มีลักษณะการใช้งานที่หลากหลาย ซึ่งผู้ออกแบบระบบจะเป็นผู้เลือกใช้ให้ถูกต้องกับงานที่ทำ หรือลักษณะงานนั้น ๆ ซึ่งปัจจุบันนี้ มีหลากหลายแบรนด์และราคาให้เลือกใช้
สำหรับเซนเซอร์อีกชนิดหนึ่งที่ปัจจุบันกำลังได้รับความนิยมในการใช้งานที่หลากหลายที่จะแนะนำและอธิบายในรายละเอียดคือ LiDAR Sensor
LiDAR (Light Detection and Ranging) คือ เทคโนโลยีการสำรวจระยะไกลที่ใช้ แสงเลเซอร์ ในการวัดระยะห่างจากวัตถุ เพื่อสร้างแผนที่หรือโมเดล 3 มิติที่มีความแม่นยำสูง
หลักการทำงานของ LiDAR
หลักการทำงานนั้นคล้ายกับเรดาร์ (RADAR) แต่เปลี่ยนจากการใช้คลื่นวิทยุมาเป็น พัลส์เลเซอร์ (Laser Pulses) แทน:
- ปล่อยแสง: เซนเซอร์จะยิงแสงเลเซอร์ออกไปกระทบกับวัตถุหรือพื้นผิวรอบตัว
- วัดเวลา: ระบบจะบันทึกเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางไปและสะท้อนกลับมา (Time of Flight)
- ประมวลผล: เมื่อทราบความเร็วแสงและเวลาที่ใช้ ระบบจะคำนวณเป็นระยะทาง และสร้างเป็นจุดพิกัดในพื้นที่ 3 มิติ (Point Cloud) เพื่อประกอบเป็นภาพจำลอง
การประยุกต์การใช้งานในปัจจุบัน
เราสามารถพบเห็นการใช้งาน LiDAR ได้ในหลายวงการ เช่น:
- สมาร์ทโฟน: เช่น ใน iPhone 13 Pro ขึ้นไป และ iPad Pro เพื่อช่วยในการโฟกัสภาพในที่แสงน้อยและใช้งานด้าน AR (Augmented Reality)
- ยานยนต์ไร้คนขับ: ใช้เป็น “ดวงตา” ให้รถยนต์เพื่อตรวจจับสิ่งกีดขวางและรักษาระยะห่าง
- หุ่นยนต์ทำความสะอาด: ช่วยให้หุ่นยนต์ดูดฝุ่นสแกนห้องและเดินเลี่ยงเฟอร์นิเจอร์ได้แม่นยำ
- การสำรวจและทำแผนที่: ใช้ติดกับโดรนหรือเครื่องบินเพื่อทำแผนที่ภูมิประเทศ หรือจำลองโบราณสถานเป็น 3 มิติ
- ระบบความปลอดภัย: ใช้ตรวจจับผู้บุกรุกในพื้นที่จำกัดด้วยความแม่นยำสูงกว่าเซนเซอร์ทั่วไป
- ใช้ในงานคลังสินค้าและการขนส่ง: ระบบลำเลียงอัตโนมัติ ระบบจัดเก็บอัตโนมัติ ( Logistics & AGVs)
- ใช้ในงานก่อสร้างและสถาปัตยกรรม: กำลังเป็นที่นิยมอย่างมาก เนื่องจากช่วยให้การเก็บข้อมูลของพื้นที่ มีความแม่นยำสูงและรวดเร็วกว่าวิธีการแบบเดิม
สำหรับรายละเอียดในการใช้งาน LiDAR มีดังนี้:
1. การใช้งานหลักของ LiDAR ในสมาร์ทโฟน:
- สแกน 3 มิติ (3D Scanning): ใช้แอปอย่าง Polycam หรือ 3D Scanner เพื่อสร้างโมเดล 3 มิติของวัตถุหรือห้องได้อย่างละเอียด
- การวัดระยะและพื้นที่ (Measurement): แอป Measure ของ Apple ใช้ LiDAR เพื่อวัดขนาดวัตถุ หรือพื้นที่ภายในห้องได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ
- ปรับปรุงประสิทธิภาพกล้อง (Camera Performance): ช่วยให้ระบบ Auto Focus ทำงานเร็วขึ้นถึง 6 เท่าในสภาพแสงน้อย และเพิ่มคุณภาพการถ่ายภาพแนวตั้ง (Portrait Mode)
- แอปพลิเคชัน AR (Augmented Reality): วางวัตถุเสมือนจริงลงบนโลกจริงได้อย่างแม่นยำและแนบเนียนขึ้น เช่น การลองวางเฟอร์นิเจอร์ หรือเกมแนว AR
- การสแกนพื้นที่ (Room Mapping): สำหรับสถาปนิกหรือนักออกแบบ สามารถสแกนพื้นที่จริงเพื่อนำไปใช้งานในโปรแกรมออกแบบต่อได้
ข้อควรระวัง:
- LiDAR ทำงานได้ดีที่สุดในระยะใกล้ถึงปานกลาง (ประมาณ 5 เมตร)
- การใช้งานในที่แสงจ้าจัด ๆ อาจลดประสิทธิภาพลงเล็กน้อย
สมาร์ทโฟนที่รองรับ:
- iPhone 12 Pro / 12 Pro Max ขึ้นไป
- iPad Pro 11-inch (2nd Gen ขึ้นไป) / 12.9-inch (4th Gen ขึ้นไป)
2. หน้าที่และการใช้งาน LiDAR ในรถยนต์ไร้คนขับ
- การสร้างภาพสภาพแวดล้อม 3 มิติ: ใช้เลเซอร์สแกนรอบตัวรถเพื่อสร้างภาพ Point Cloud ที่แสดงลักษณะและความสูงของวัตถุรอบข้างอย่างละเอียด
- การตรวจจับวัตถุและหลีกเลี่ยงการชน: ตรวจจับยานพาหนะ คนเดินเท้า และสิ่งกีดขวางได้แม้เป็นวัตถุขนาดเล็กหรือเตี้ย โดยมีความแม่นยำสูง
- การระบุตำแหน่งที่แม่นยำ (Localization): เปรียบเทียบข้อมูลที่สแกนได้กับแผนที่ความละเอียดสูง (HD Map) เพื่อระบุตำแหน่งของรถได้อย่างแม่นยำระดับเซนติเมตร
- ช่วยขับขี่ในสถานการณ์ฉุกเฉิน: ใช้ร่วมกับซอฟต์แวร์เพื่อช่วยตัดสินใจในการเบรคหรือหลบหลีกสิ่งกีดขวาง
ข้อดีและข้อจำกัด
- ข้อดี: วัดระยะทางได้แม่นยำมาก สามารถมองเห็นวัตถุในที่มืดได้ดีกว่ากล้องทั่วไป
- ข้อจำกัด: มีราคาสูง (แม้กำลังลดลง) และประสิทธิภาพอาจลดลงในสภาพอากาศรุนแรง เช่น ฝนตกหนัก หมอกจัด หรือหิมะ ซึ่งอนุภาคในอากาศอาจขวางกั้นเลเซอร์ได้
โดยทั่วไป LiDAR จะถูกติดตั้งบนหลังคา หรือฝังไว้รอบตัวรถเพื่อมุมมองที่กว้างที่สุด เทคโนโลยีนี้ถือเป็นองค์ประกอบสำคัญที่ทำให้รถยนต์ไร้คนขับสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ
3. การใช้เทคโนโลยี LiDAR (Light Detection and Ranging) ในหุ่นยนต์ทำความสะอาด
คือ การใช้แสงเลเซอร์ยิงออกไปกระทบกับวัตถุหรือผนังห้อง เพื่อวัดระยะทางและความสูงได้อย่างแม่นยำ เทคโนโลยีนี้ช่วยให้หุ่นยนต์ทำงานได้อย่างชาญฉลาดและมีประสิทธิภาพมากขึ้นกว่ารุ่นที่ใช้เพียงการเดินสุ่ม
ประโยชน์หลักของ LiDAR ในหุ่นยนต์ทำความสะอาด
- การสร้างแผนที่ที่แม่นยำ (Precise Mapping): หุ่นยนต์สามารถสแกนพื้นที่ห้องเพื่อสร้างแผนที่แบบ 2 มิติ หรือ 3 มิติ ได้อย่างรวดเร็ว ทำให้รู้ตำแหน่งของตัวเองและวางแผนเส้นทางเดินทำความสะอาดที่ครอบคลุมที่สุด
- การหลบหลีกสิ่งกีดขวาง (Obstacle Avoidance): เซ็นเซอร์จะตรวจจับวัตถุต่าง ๆ ในระยะทางที่กำหนด ช่วยให้หุ่นยนต์คำนวณการเลี่ยงการชนเฟอร์นิเจอร์หรือสิ่งของบนพื้นได้อย่างแม่นยำ
- การทำงานในที่มืด: ต่างจากหุ่นยนต์ที่ใช้กล้อง (V-SLAM) LiDAR สามารถทำงานได้ดีในสภาวะแสงน้อยหรือปิดไฟสนิท เนื่องจากเป็นการใช้แสงเลเซอร์จากตัวเครื่องเอง
- การจัดการแผนที่หลายชั้น: หลายรุ่นสามารถจดจำแผนที่ได้มากกว่า 1 ชั้น (Multi-floor map management) ทำให้ยกไปใช้ชั้นอื่นได้โดยไม่ต้องสร้างแผนที่ใหม่ทุกครั้ง
ตัวอย่างแบรนด์และรุ่นที่นิยมใช้ LiDAR
- Samsung: รุ่น Jet Bot ที่เน้นการระบุตำแหน่งและสแกนพื้นที่ห้องอย่างทั่วถึง
- Roborock: รุ่น S6 MaxV หรือ Q7+ ที่โดดเด่นเรื่องการจำผังบ้านได้หลายชั้น
- Autobot: เช่นรุ่น Storm 4 ที่ใช้ LiDAR นำทางและสั่งงานผ่านมือถือได้สะดวก
- LG: รุ่น CordZero R5T-MAX ที่มาพร้อมเซ็นเซอร์ 360 LiDAR ช่วยจำผังบ้านแบบรอบทิศทาง
4. การใช้ LiDAR (Light Detection and Ranging) บนโดรน
คือ เทคโนโลยีการสำรวจระยะไกลโดยการยิงแสงเลเซอร์เพื่อวัดระยะทางและความสูงของวัตถุหรือพื้นผิวอย่างละเอียด สร้างแบบจำลอง 3 มิติ (3D Point Cloud) ที่แม่นยำสูง แม้ในพื้นที่ป่ารกทึบหรือพื้นที่ยากต่อการเข้าถึง นิยมใช้ในงานทำแผนที่, สำรวจ, ก่อสร้าง และเกษตรกรรมแม่นยำ
การประยุกต์ใช้งาน LiDAR บนโดรน
- การทำแผนที่ 3 มิติ (3D Mapping & Modeling): สร้างแบบจำลองภูมิประเทศ (DEM/DTM) และแบบจำลองอาคาร (3D Models) ที่มีความละเอียดสูง
- งานสำรวจและก่อสร้าง: ติดตามความคืบหน้าโครงการก่อสร้าง, วัดปริมาตรดินและวัตถุ (Stockpile Volume), และตรวจสอบความปลอดภัย
- การเกษตรและป่าไม้: ตรวจสอบความสมบูรณ์ของพืชผล, ป่าไม้, ชนิดพันธุ์ไม้ และโครงสร้างป่า
- โบราณคดีและการจัดการภัยพิบัติ: สำรวจร่องรอยอารยธรรมในพื้นที่ป่ารก และประเมินความเสียหายหลังภัยพิบัติ
ข้อดีของ LiDAR โดรน
- ความแม่นยำสูง: ให้ข้อมูลความสูงและความลึกที่แม่นยำกว่าการใช้ภาพถ่ายทางอากาศทั่วไป
- ทะลุทะลวงสูง: เลเซอร์สามารถลอดผ่านช่องว่างใบไม้ลงไปถึงพื้นดิน ทำให้สำรวจใต้ป่ารกได้ (Vegetation Penetration)
- ประสิทธิภาพสูง: เก็บข้อมูลได้รวดเร็ว ครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่โดยไม่ต้องลงพื้นที่จริง
องค์ประกอบสำคัญ
- เซ็นเซอร์ LiDAR: ทำหน้าที่ยิงเลเซอร์และรับแสงสะท้อน
- ระบบนำทาง (GNSS/RTK): เพื่อระบุพิกัดตำแหน่งของโดรนที่แม่นยำในขณะบันทึกข้อมูล
- ระบบจัดการข้อมูล: ประมวลผลจุดเลเซอร์ (Point Cloud) เป็นภาพหรือแผนที่
การใช้ LiDAR ร่วมกับโดรน เป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับวิศวกร, นักสำรวจ, และเกษตรกรในการได้ข้อมูลที่รวดเร็ว ประหยัดค่าใช้จ่าย และมีความละเอียดสูง
5. การใช้ LiDAR (Light Detection and Ranging) ในระบบรักษาความปลอดภัย
คือ การใช้เลเซอร์สแกนเพื่อสร้างภาพจำลอง 3 มิติของสภาพแวดล้อมแบบเรียลไทม์ ช่วยตรวจจับวัตถุ คน หรือยานพาหนะด้วยความแม่นยำสูง แม้ในที่มืดหรือสภาพอากาศไม่เอื้ออำนวย เหมาะสำหรับการเฝ้าระวังพื้นที่หวงห้าม การป้องกันการบุกรุก และการจัดการภัยพิบัติ
การประยุกต์ใช้ LiDAR ในงานรักษาความปลอดภัย
- การตรวจจับการบุกรุก (Intrusion Detection): เซ็นเซอร์ LiDAR ตรวจจับวัตถุที่เข้ามาในพื้นที่กำหนดได้แม่นยำสูง หากมีคนหรือรถผ่านเซนเซอร์จะส่งสัญญาณเตือนทันที
- การตรวจสอบพื้นที่อุตสาหกรรม (Industrial Security): ใช้ป้องกันการชนของเครื่องจักรกลหนัก (เช่น เครน, รถยก) กับคนหรือสิ่งกีดขวางในคลังสินค้า
- ความปลอดภัยในสถานที่สำคัญ (Airport/Infrastructure Security): ช่วยสแกนและระบุสิ่งของที่ถูกลักลอบนำเข้า หรือตรวจจับความผิดปกติของโครงสร้าง เช่น สะพานและอุโมงค์
- โดรนและหุ่นยนต์รักษาความปลอดภัย: ติดตั้ง LiDAR เพื่อการหลบหลีกสิ่งกีดขวางและนำทางอัตโนมัติในการตรวจตราพื้นที่
ข้อดีของ LiDAR ในระบบรักษาความปลอดภัย
- ทำงานได้ในทุกสภาพแสง: ไม่พึ่งพาแสงสว่างเหมือนกล้อง CCTV ทั่วไป สามารถตรวจจับในที่มืดสนิทได้
- ความแม่นยำสูง (3D Data): ให้ข้อมูลพิกัดและขนาดของวัตถุที่ชัดเจน ลดการแจ้งเตือนที่ผิดพลาด (False Alarm)
- รวดเร็วและเป็นเรียลไทม์: สามารถตรวจจับและติดตามวัตถุที่เคลื่อนที่เร็วได้
โดยสรุป LiDAR เป็นเครื่องมือตรวจจับขั้นสูง ที่ช่วยยกระดับความปลอดภัยจากการเฝ้าระวังแบบดั้งเดิมไปสู่ระบบอัจฉริยะที่แม่นยำยิ่งขึ้น
6. การใช้เทคโนโลยี LiDAR (Light Detection and Ranging)
ในคลังสินค้าและการขนส่งช่วยเพิ่มความแม่นยำและความปลอดภัยในระบบอัตโนมัติ โดยใช้เลเซอร์สแกนเพื่อสร้างแผนที่ 3 มิติของสภาพแวดล้อม
การประยุกต์ใช้ในคลังสินค้า
- ระบบนำทางหุ่นยนต์ (AMR/AGV): ใช้ใน หุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ (AMR) เพื่อนำทางสินค้า หยิบสินค้า และหลบหลีกสิ่งกีดขวางได้อย่างแม่นยำแม้ในที่มืด
- การจัดการพื้นที่และสต็อก: ใช้สแกนตำแหน่งจัดเก็บสินค้าเพื่อลดความผิดพลาดจากการบันทึกด้วยมือ (Manual Scan) และช่วยในการทำแผนที่คลังสินค้า (Warehouse Mapping)
- ความปลอดภัย: ติดตั้งกับรถฟอร์คลิฟท์เพื่อตรวจจับวัตถุหรือบุคคลในระยะประชิด ป้องกันการชนในพื้นที่แคบ
การประยุกต์ใช้ในการขนส่งและโลจิสติกส์
- การวัดปริมาณบรรทุก (Load Capacity): ใช้สแกนปริมาตรสินค้าบนรถบรรทุกเทกอง เพื่อคำนวณความสามารถในการบรรทุกได้แม่นยำกว่าการประมาณการด้วยสายตา
- ยานยนต์ไร้คนขับ (Autonomous Trucks): เป็นหัวใจสำคัญของ รถบรรทุกอัตโนมัติ ในการตรวจจับสภาพถนนและวัตถุรอบตัวในระยะไกล เพื่อความปลอดภัยในการขับเคลื่อน
- การตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐาน: ใช้สำรวจเส้นทางรถไฟหรือสภาพถนน เพื่อตรวจจับรอยร้าวหรือความผิดปกติของเส้นทางขนส่ง
เทคโนโลยีนี้กำลังได้รับความสนใจอย่างมากในไทย โดยมีการดึงบริษัทชั้นนำอย่าง Hesai Technology เข้ามาลงทุนตั้งฐานการผลิต LiDAR แห่งแรกนอกประเทศจีน เพื่อรองรับความต้องการด้านยานยนต์อัตโนมัติและระบบอุตสาหกรรมอัจฉริยะ
7. การใช้เทคโนโลยี LiDAR (Light Detection and Ranging)
ในงานก่อสร้างและสถาปัตยกรรมกำลังเป็นที่นิยมอย่างมาก เนื่องจากช่วยให้การเก็บข้อมูลพื้นที่มีความแม่นยำสูงและรวดเร็วกว่าวิธีการแบบเดิม
การประยุกต์ใช้ในงานสถาปัตยกรรมและการออกแบบ
- การสำรวจสภาพปัจจุบัน (As-built Survey): ใช้สแกนอาคารเดิมเพื่อสร้างโมเดล 3 มิติที่แม่นยำ สำหรับการรีโนเวทหรือการอนุรักษ์อาคารประวัติศาสตร์
- การสร้างโมเดล 3D และ BIM: ข้อมูลที่ได้ในรูปแบบ Point Cloud สามารถนำไปสร้างแบบจำลองในซอฟต์แวร์ เช่น Autodesk Revit, SketchUp, หรือ Artec 3D เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการออกแบบ
- การตรวจสอบพื้นที่รวดเร็ว: แอปพลิเคชันอย่าง Polycam บน iPhone/iPad Pro ช่วยให้สถาปนิกสแกนห้องและเห็นผลลัพธ์เป็นโมเดลได้ทันทีขณะเดินสำรวจ
การประยุกต์ใช้ในงานวิศวกรรมและการก่อสร้าง
- การตรวจสอบคุณภาพ (Quality Control): นำข้อมูลสแกนจากหน้างานจริงมาเปรียบเทียบกับแบบดิจิทัล (BIM) เพื่อตรวจสอบว่าการก่อสร้างตรงตามที่ออกแบบไว้หรือไม่
- งานโครงสร้างพื้นฐาน: ใช้ตรวจสอบสภาพสะพาน อุโมงค์ เขื่อน หรือทางรถไฟ เพื่อหาจุดบกพร่อง การเสียรูป หรือการวางแนวที่ผิดปกติโดยไม่รบกวนการใช้งาน
- การสำรวจภูมิประเทศด้วยโดรน: การติดตั้งเซ็นเซอร์ เช่น DJI Zenmuse L2 บนโดรน ช่วยให้สำรวจพื้นที่ขนาดใหญ่และเข้าถึงยากได้รวดเร็ว ช่วยประหยัดเวลาจากเป็นวันเหลือเพียงไม่กี่นาที
ประโยชน์หลักที่ได้รับ
- ความแม่นยำสูง: ให้ข้อมูลเชิงพื้นที่ละเอียดระดับมิลลิเมตร ลดความผิดพลาดจากการวัดด้วยมือ
- ประหยัดเวลา: ลดระยะเวลาการทำงานภาคสนามและลดจำนวนแรงงานที่ต้องใช้ในการสำรวจ
- ความปลอดภัย: สามารถเก็บข้อมูลในพื้นที่อันตรายหรือพื้นที่ที่เข้าถึงยากผ่านการใช้โดรนหรือเครื่องสแกนระยะไกล
