Mit Radar für mehr Sicherheit in rauen Umgebungen

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Sichere 3D-Systeme bieten eine gute Möglichkeit zur zuverlässigen Überwachung von Gefahrenbereichen. Selbst in rauen Umgebungen wie bei Funken, Schmutz und Staub stellen sie eine sichere Alternative dar. So lassen sich künftig auch solche Applikationen lösen, für die es mit optischen Sensoren bisher keine zuverlässige Antwort gab.

Sicherheit & Industrieversorgung

Das sichere Radarsystem LBK ermöglicht eine zuverlässige 3D-Bereichsüberwachung in rauen Umgebungen
Das sichere Radarsystem LBK ermöglicht eine zuverlässige 3D-Bereichsüberwachung in rauen Umgebungen
LBK unterscheidet zuverlässig zwischen statischen und dynamischen Objekten
LBK unterscheidet zuverlässig zwischen statischen und dynamischen Objekten
Autor: Rolf Brunner, Senior Safety Expert der Leuze electronic GmbH & Co. KG
Autor: Rolf Brunner, Senior Safety Expert der Leuze electronic GmbH & Co. KG

Als Hoch­tech­no­lo­gie­unter­neh­men und Inno­va­tions­füh­rer in der Opto­sen­so­rik setzt Leuze seit über 50 Jah­ren im­mer wie­der tech­no­lo­gi­sche Mei­len­stei­ne und schafft neue Maß­stä­be am Markt. Vor allem im Be­reich der Sicher­heits­tech­nik deckt Leuze mit ihren op­ti­schen Sicher­heits-Kom­po­nen­ten, -Ser­vi­ces und -So­lu­tions ein brei­tes Feld an Ap­pli­ka­tio­nen ab. Mit dem si­che­ren Ra­dar­sys­tem LBK hat Leuze nun ein neues, inno­vati­ves Sen­sor­sys­tem in ihr Port­fo­lio auf­ge­nom­men. Die­ses setzt ein neues Funk­tions­prin­zip in der Sicher­heits­tech­nik um. Mit sei­ner Hil­fe las­sen sich auch Ap­pli­ka­tio­nen lö­sen, die mit op­ti­schen Sen­so­ren bis­lang nicht zu­ver­läs­sig ge­löst wer­den konnten. Selbst in rauen Um­gebun­gen wie bei Fun­ken, Schmutz und Staub. Her­stel­ler des neu­en si­che­ren 3D-Sys­tems ist das in Ita­lien an­säs­sige Unter­neh­men Inxpect S.p.A. Das LBK sichert Ge­fah­ren­be­rei­che in der Nähe von Ma­schi­nen und An­la­gen ab. Es ver­wen­det dabei eine Ra­dar-Tech­no­lo­gie wie sie zum Bei­spiel aus der Or­tung von Flug­zeu­gen oder Schiffen be­kannt ist.

De­tek­tion von Ob­jek­ten mit Ra­dar­wel­len

Das LBK-Sys­tem ar­bei­tet in ei­nem Fre­quenz­be­reich von 24GHz. Das be­deu­tet, dass die elek­tro­mag­neti­schen Wel­len viel kür­zer sind als Schall- oder Licht­wellen. Im Gegen­satz zu Licht können die Radar­wellen nicht-me­talli­sche Ob­jekte durch­dringen. Die kom­pakt auf­ge­bau­ten Sen­so­ren mit ih­ren inte­grier­ten An­ten­nen sen­den elek­tro­magneti­sche Wel­len aus. Diese wer­den an Ob­jek­ten re­flek­tiert. Die Sen­so­ren em­pfangen diese Re­flek­tionen und wer­ten sie an­schlie­ßend aus. Die elek­tro­mag­neti­schen Wel­len des Radar­systems LBK sind für das Per­so­nal völlig unbe­denk­lich.

Neue Appli­katio­nen sind lös­bar

Nutzt man die Eigen­schaf­ten der elek­tro­mag­neti­schen Wel­len im Ra­dar-Fre­quenz­be­reich in Sen­so­ren, so las­sen sich auch Ap­pli­ka­tio­nen lö­sen, die mit opti­schen Sen­so­ren bis­lang nur unzu­ver­lässig gelöst wer­den konnten. Auch nicht-me­talli­sche Ob­jekte wie zum Bei­spiel Staub, Schweiß­fun­ken oder Spä­ne wer­den durch­drun­gen, ohne dass der Sen­sor beein­flusst wird. Da­durch eig­net sich das LBK-Sys­tem vor allem für Appli­katio­nen in rau­en Um­gebun­gen. Bei­spiels­weise bei der Ver­ar­bei­tung von Holz oder Kunst­stoff. Dort ent­ste­hen klassi­scher­weise sehr viele Par­ti­kel, die dann in der Luft schwe­ben. Sie aber beein­flus­sen das LBK in sei­ner Auf­gabe, eine Per­son zu er­ken­nen und diese zu schützen, nicht. Selbst wenn Radar­wellen diese Par­ti­kel durch­dringen, re­flek­tieren sie doch einen klei­nen Teil der Wellen. Da sich die Menge der von ei­ner Person re­flek­tier­ten Radar­wellen wesent­lich von der von Holz­spä­nen oder Feu­chtig­keit unter­schei­det, kann das LBK er­kennen, ob es sich bei der Re­flek­tion um einen Men­schen oder nicht-me­talli­sche Par­ti­kel han­delt. Heißt: Par­ti­kel in der Luft wer­den nicht er­kannt, eine Per­son hin­ge­gen schon. So schal­tet das LBK bei einer Per­son sicher ab. Der LBK-Sen­sor strahlt seine Radar­wellen in ei­nen drei­di­men­sio­nalen Raum aus, so dass nicht nur sei­ne Flä­che, son­dern sein Volumen über­wacht wird. So­mit er­kennt das LBK Per­so­nen, die ei­nen ge­fähr­li­chen Be­reich be­tre­ten oder sich in die­sem auf­hal­ten, un­ab­hän­gig da­von ob sie ste­hen, knien oder lie­gen. 

Erkennen von mensch­lichen Be­we­gun­gen

Das 3D-Ra­dar­sys­tem LBK ar­bei­tet nicht nur in ei­nem für die Sicher­heits­tech­nik neuen Wellen­längen­be­reich. Es ver­wen­det mit FMCW auch ein in der Sicher­heits­tech­nik neues Funk­tions­prin­zip. FMCW steht für: Fre­quen­cy Mo­du­la­ted Con­ti­nuous Wave. Dabei ver­än­dert sich die Sende­fre­quenz inner­halb einer defi­nier­ten Band­brei­te. Be­gin­nend bei ei­ner Grund­fre­quenz steigt sie kon­ti­nu­ier­lich an bis zu ei­ner ma­xi­ma­len Fre­quenz und kehrt dann wie­der zur Grund­fre­quenz zu­rück. Re­flek­tiert eine Per­son dieses Sig­nal, er­rei­cht es den Em­pfän­ger zeit­ver­setzt. Durch eine Sub­trak­tion des Em­pfangs­sig­nals vom Sende­sig­nal er­gibt sich ei­ne Dif­ferenz­fre­quenz. Bleibt die Ent­fer­nung zwi­schen dem LBK-Sen­sor und der Per­son gleich, be­hält auch die Dif­ferenz­fre­quenz ih­ren Wert bei. Bewegt sich hin­gegen die Per­son, ver­än­dert sich der Zeit­ver­satz zwi­schen dem ge­sende­ten und em­pfange­nen Sig­nal - und damit auch die Dif­ferenz­fre­quenz. Je schneller sich die Per­son bewegt, desto stär­ker än­dert sich die Dif­ferenz­fre­quenz. Auf die­se Wei­se kann der LBK-Sen­sor die Ge­schwin­dig­keit der Per­son be­stim­men.

Exak­te Be­stimmung von Be­we­gun­gen

Dieses Ver­fah­ren wird auch Radar-Doppler genannt. Mit ihm lassen sich Be­we­gun­gen sehr ge­nau be­stim­men. Der LBK-Sen­sor de­tek­tiert so­mit nicht nur ei­ne sich be­wegen­de Per­son, son­dern auch eine, die gerade still­steht, selbst wenn dann die Bewe­gung sehr klein ist. Denn selbst wenn eine Per­son still­steht, steht sie nie­mals komp­lett still, son­dern ist immer in Bewegung, sei es durch Puls- und Herz­schlag usw. Das nutzt der LBK-Sensor aus, um eine Per­son in ei­nem Ge­fahren­be­reich von ei­nem sta­ti­schen Ob­jekt wie bei­spiels­weise einer Palette oder ei­nem Ma­te­rial­behäl­ter sicher zu unter­schei­den. Die geringen Be­we­gun­gen ei­ner Per­son rei­chen aus, um ein si­che­res Ab­schalt­sig­nal für die Ma­schi­ne zu er­zeu­gen. Da­durch unter­bricht das LBK-Sys­tem den Be­triebs­pro­zess nur dann, wenn sich tat­säch­lich je­mand im Ge­fahren­be­reich auf­hält. Zum Bei­spiel kom­plett sta­ti­sche, be­wegungs­lose Ma­te­rial­be­häl­ter kön­nen im Schutz­be­reich ste­hen ge­las­sen wer­den, ohne dass sie zu einer Pro­zess­unter­bre­chung füh­ren. So ver­mei­det das LBK-Sys­tem un­nö­tige Still­stand­zei­ten und er­höht da­mit die Ver­füg­bar­keit und Wirt­schaft­lich­keit der An­lage. Auf der an­de­ren Sei­te läuft die Ma­schi­ne aber erst dann wie­der an, wenn alle Per­so­nen den Ge­fahren­be­reich wie­der ver­las­sen ha­ben und trägt damit zu ei­nem zu­ver­läs­sigen Per­so­nen­schutz bei.

Fle­xi­bel im Ein­satz, ein­fach in der In­stal­la­tion

Zusätzlich zum Ein­satz in rau­en Um­ge­bun­gen kommt das siche­re Ra­dar­sys­tem LBK vor allem beim Schutz vor un­ge­wolltem Wie­der­an­lauf und zur Über­wa­chung nicht ein­seh­barer Be­rei­che zum Ein­satz. An­wen­der kön­nen es an ihre An­forde­rungen in­di­vi­duell an­pas­sen. Das Sys­tem besteht aus ei­nem Con­trol­ler, an den bis zu 6 Radar­sen­so­ren an­ge­schlos­sen wer­den kön­nen. Durch die Po­si­tio­nie­rung der Sen­so­ren, die ein­stell­bare Reich­wei­te sowie den wähl­baren Öffnungs­win­kel lässt sich der über­wach­te Be­reich dem Ge­fahren­be­reich fle­xi­bel an­pas­sen. So las­sen sich auch Be­rei­che an Stu­fen oder Sockeln zu­ver­läs­sig über­wachen. Die System­para­meter kann der An­wen­der über die ein­fach be­dien­bare Kon­fi­gu­ra­tions­soft­ware fest­legen. Pro­jek­tierung und In­be­trieb­nah­me über­neh­men auf Kun­den­wunsch zer­tifi­zier­te Safety-Ex­per­ten von Leuze.
 

Veröffentlicht am Juni 2, 2021 - (484 views)
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