Auf Nummer sicher gehen –

Radar für Safety Anwendungen

 

 

Ein Großteil der technischen Errungenschaften, wurde zu unserer Sicherheit entwickelt. Wir streben danach uns sicher zu fühlen. So schützen wir uns mit verschiedensten elektronischen und mechanischen Vorrichtungen in unserem Alltag vor Gefahren, beispielsweise beim Autofahren oder bei der Arbeit.

Sensoren nehmen dabei als Schlüsseltechnologie eine zentrale Rolle ein. Sie tragen in verschiedensten Anwendungsbereichen zur Verbesserung der Sicherheit bei.

Seit einigen Jahren finden sie auch zunehmend den Weg in moderne Fabrikanlagen. Denn die Anforderungen zur sicheren Gestaltung des Arbeitsplatzes wachsen und damit auch die Aufgaben zum Personenschutz. Neben der Produktionsautomation schützen Sensoren als Safety-Funktion Personen vor Verletzungen durch Maschinen, Fahrzeuge oder Objekte oder vor Schäden durch Kollisionen. Geht es um den Personenschutz, ist die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit der Messung der Technik entscheidend. Meist sind bestimmte Zonen rundum Maschinen abgesichert, um bei der Annäherung oder Anwesenheit von Menschen Sicherheitsmaßnahmen einzuleiten.

Messtechnologie für Safety Anwendungen

Bei Bereichsabsicherungen in einer Smart Factory sind unter anderem diese zwei Messtechniken zu finden: Die etablierte, bewährte Lasertechnik und die dort noch recht neue Radartechnik. Welche Sensorik die bessere Wahl ist, hängt stark von der späteren Anwendung ab. Die beiden Technologien unterscheiden sich in ihrem Funktionsprinzip, den damit verbunden Stärken oder Schwächen und somit dem geeigneten Einsatzbereich.

Laser-Sensoren scannen ihre Umgebung und senden dabei durchgängig elektromagnetische Wellen aus. Durch den Laserstrahl entsteht dabei eine Art Barriere. Sobald eine Person den festgelegten Scanbereich erreicht, durchbricht sie den Laserbeam.

Mit dem Durchschreiten dieser Grenze stellt das Gerät fest, dass sich eine Person der Maschine nähert und in welcher Entfernung sie sich zum Sensor befindet.

Um zwei Dimensionen abzudecken, rotiert der Laserscanner und es entstehen Lichtgitter. In Kombination mit Reflektoren sichern die Sensoren in Form von Lichtschranken, Vorhänge oder Schutzfelder Gefahrenbereiche ab.

Laser bietet eine sehr hohe Auflösung. Die Sensoren sind sehr sensibel und genau, denn sie erkennen auch sehr kurze Unterbrechungen von kleinen Objekten. Beispielsweise detektieren sie eine Hand vor einer maschinellen und automatisierten Vorrichtung, aber auch ganze Arbeitsbereiche durch den Einsatz von Zäunen.

Radare senden ebenfalls elektromagnetische Wellen aus. Die Sensoren geben dabei Mikrowellen als Impulse aus, die sich frei im Raum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und an Oberflächen im Erfassungsbereich reflektieren. Auf diese Weise misst das Gerät die Geschwindigkeit und Entfernung. Mit dieser Information lassen sich die Objekte exakt lokalisieren. Radare sind ideal auf die Detektion von Bewegungen ausgerichtet. Sie können selbst kleine Vibrationen oder Atembewegungen innerhalb des Erfassungsbereiches wahrnehmen.

Im Vergleich zu Lasertechnologie bietet Radar insbesondere im rauen Umfeld und Outdoor-Bereich Vorteile. Die Technik ist von Verschmutzung, Staub, Dunst, Dunkelheit oder Lichtreflexionen völlig unbeeindruckt. Auch extreme Temperaturen beeinträchtigen die Funktionalität nicht.

Neue Sensorlösungen lernen von anderen Branchen

Die Radarsensorik beweist bereits in vielen anderen Applikationen ihr Können. Für den Kollisionsschutz und Personenschutz ist sie jedoch noch recht neu. Noch nicht lange sind die Frequenzbänder verfügbar, die für diese Anwendungen die notwendige Auflösung bieten. Erst die intensive Entwicklungsarbeit von Radarexperten in den letzten Jahren ist es zu verdanken, dass eine deutlich bessere Auflösung und herausragende Performance erzielbar ist.

So dominierte bisher im Safety Bereich die Lasertechnik und Radartechnik kämpft immer noch mit überholten Vorurteilen. Viele gehen davon aus, dass Radarsensoren ausschließlich bewegte Objekte detektieren. Doch die Technik entwickelt sich gerade enorm und rasant weiter.

Denn andere Branchen haben das Potential der Technik erkannt und drängen auf den Fortschritt. Beispielsweise trägt die Radarsensorik schon lange in Form von Fahrerassistenzsystemen zur Verkehrssicherheit bei. Hier ist die Forschung und Entwicklung bereits so fortgeschritten, dass hochauflösende und hochintegrierte Systeme mit beeindruckender Performance im Einsatz sind. Davon profitieren nun auch die Industrie- und die Safety Anwendungen. Dank dreidimensionaler Umfelderfassung zeigt Radar großes Potenzial nicht nur für den Outdoor Gebrauch oder in herausfordernder Umgebung, sondern auch in der Smart Factory.

Rundumabsicherung immer wichtiger

Moderne Fabrikhallen werden zunehmend autonomer. Die Arbeiten zwischen Mensch und Maschine gehen oft Hand in Hand. Verschiedene Transporteinheiten manövrieren automatisiert schwere Lasten von einem Ort zum anderen. Immer häufiger kommen dabei autonome Fahrzeuge zum Einsatz. Diese bewegen sich frei im Raum direkt neben einer Vielzahl von arbeitenden Personen sowie anderen Maschineneinheiten oder Roboterarmen, die automatisierte Tätigkeiten verrichten. Ohne Sensorik für den Personen- und Kollisionsschutz wäre dies undenkbar.

Denn es gilt, einen Personenschaden auf alle Fälle zu verhindern. Für eine zuverlässige Absicherung in der Smart Factory zu erreichen, müssen die Sensoren mit einer hochpräzisen Umfelderfassungstechnik ausgestattet sein.

Die zweidimensionale Betrachtung stößt dabei schnell an ihre Grenzen. Laser entgehen durch die reine Flächenbetrachtung Gegenstände, die von oben hineinragen. Befinden diese sich nicht exakt auf Sichtlinie des Laserscanners oder die Maschine hat eine Schieflage, resultiert dies in Fehldetektionen. Radar ermöglicht durch die zusätzliche Höhenerkennung eine Erfassung des kompletten Umfelds in 3D.

Die Erwartungen und Aufgaben steigen.

Ein weiterer Trend ist die immer schwerer werdende Trennung zwischen reiner Schutzfunktion und Automatisierungstechnik. Die fortgeschrittenen Technologien bieten meist mehr als eine reine Abstandsmessung zum Kollisionsschutz. Radar bietet umfassende Objektinformationen: Die Systeme detektieren Geschwindigkeit, Distanz, Bewegungsrichtung, RCS und Winkelposition in Azimut und Elevation. Damit ist es möglich, neben dem Personenschutz auch andere Funktionen zu übernehmen. Hierzu zählen nicht nur einfache Statistik-Aufgaben. Die Sensoren können gleichzeitig der Navigation, Positionierung und als Safety Anwendung dienen. Um den Produktionsausfall so gering wie möglich zu halten, sollen die modernen Sensoren auch über verschiedene Sicherheits-Abstufungen verfügen. Beispielsweise ist bei einer vorbeigehenden Person nicht immer ein totaler Stillstand notwendig, eine Warnung ist jedoch hilfreich.

Die Zukunftsfabrik – nicht ohne fortschrittliche Sensortechnik.

Um solche komplexen Aufgaben zu übernehmen, fließt aktuell viel Entwicklungsaufwand der Branche in die Sensorik und die Signalverarbeitung. Um funktionierende, präzise und korrekte Erfassung aller Ereignisse zu gewährleisten arbeiten die Entwickler an fortschrittlichen Algorithmen, die Störfaktoren filtern und die Performance optimieren. Bisherige Lösungen fokussieren sich meist auf eine Funktion wie beispielsweise den Kollisionsschutz. Doch die Branche erwartet mehr, denn die Technik kann mehr. Der Ball geriet mit den ersten fortschrittlichen Radarsystemen für die Robotik erst ins Rollen. Auch InnoSenT treibt mit Forschungsprojekten diese Entwicklung an und arbeitet an neuen Lösungen für den Personenschutz.

Titelbild Quelle:© Quality Stock Arts by adobe stock

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Beitragsthemen

Radarsensorik für die Smart Factory

Robotik, Automation, Safety & Kollisionsschutz

Mit industriellen Robotern erhalten auch immer mehr Sensoren Einzug in die moderne Fabrikhalle. Sie ermöglichen durch die Detektion der Umgebung und Ereignisse die sichere Interaktion zwischen Mensch und Maschine und bewahren vor Zusammenstöße. Ohne die Integration von Sensoren können Maschinen oder Roboter nicht auf ihr Umfeld reagieren. Typische Anwendungen sind dabei die Automation, der Personenschutz, die Navigation, Positionierung, autonome Fahrzeuge sowie der Kollisionsschutz. Radar bietet eine dreidimensionale Umfelderfassung und zuverlässige, präzise Detektion im rauen Industrieumgebungen.