Suchen

Sensorik Laserscanner schafft Sicherheit bei mobilen Anwendungen

Autor / Redakteur: Patrick Hochleitner / Udo Schnell

Autonome Fahrzeuge oder Cobots, die mit dem Menschen eng zusammenarbeiten, gibt es immer mehr und sie werden immer kleiner. Diesem Trend muss die Sicherheitstechnik folgen, aber trotzdem den Sicherheitsanforderungen genügen.

Firmen zum Thema

Der Laserscanner wurde speziell für eine Intralogistik entwickelt, in der die autonomen Fahrzeuge unterschiedlichster Art immer kleiner, wendiger und vielseitiger werden.
Der Laserscanner wurde speziell für eine Intralogistik entwickelt, in der die autonomen Fahrzeuge unterschiedlichster Art immer kleiner, wendiger und vielseitiger werden.
(Bild: Sick)

Fahrerlose Transportfahrzeuge, mobile Plattformen sowie autonome Karts und Cobots haben eines gemeinsam: Sie werden immer kleiner. Die Anforderungen an ihren sicheren Betrieb jedoch bleiben nach wie vor hoch. Doch wohin mit der Sicherheitssensorik, wenn die Montagesituationen immer enger werden? Eine Lösung bei Platznot sind kleine, dem Bauraum angepasst Messgeräte. Ein Beispiel dafür ist der Sicherheitslaserscanner Nanoscan3 von Sick.

Das Unternehmen aus Waldkirch im Schwarzwald bietet seit mehr als zwanzig Jahren Sicherheits-Laserscanner an und hat Tausende Geräte im Einsatz. Der neue Laserscanner Nanoscan3 ist das kompakteste Gerät im Portfolio – mit einer Sensorhöhe von 80 mm. Seine Sicherheitsfunktionen, beispielsweise die über Encodersignale dynamisch umschaltbaren Schutzfelder, kombiniert der Nanoscan3 mit einer sehr guten Messgenauigkeit.

Bildergalerie

Diese gewährleistet zum einen ein Höchstmaß an Detektionssicherheit. Zum anderen liefert er präzise Messdaten über den Abstand und die Richtung von Objekten im Umfeld, die für die Lokalisierung des Fahrzeuges genutzt werden können. Das macht ihn zum multifunktionalen Wegbereiter für innovative Fahrzeugkonzepte.

Eine Entwicklung für die Intralogistik

Der Nanoscan3 wurde speziell für eine Intralogistik entwickelt, in der die autonomen Fahrzeuge unterschiedlichster Art immer kleiner, wendiger und vielseitiger werden. Mit seinen Abmessungen von 101 mm × 101 mm × 80 mm gehört der 2D-Safety-Sensor zu den kleinsten Sicherheits-Laserscannern seiner Art am Markt. Dadurch passt er selbst in kompakteste Fahrzeugabmessungen, beispielsweise von Unterfahr-Plattformen.

Gleichzeitig bietet der Laserscanner einen Scanwinkel von 275° – bei diagonal gegenüberliegender Eckmontage im Fahrzeug lässt sich so eine horizontale 360°-Rundumabsicherung umsetzen. Der Nanoscan3 eröffnet zusätzliche konstruktive Freiheitsgrade und unterstützt so innovative Konzepte für kleine autonome Fahrzeuge, Plattformen und Karts.

Personen sicher erkennen

Der neue Laserscanner ist die konsequente Adaption der Detektionsleistung, der Funktionalität und der Industrietauglichkeit des „großen Bruders“ Micro-Scan3 an die besonderen integrationstechnischen Anforderungen in autonomen Kleinfahrzeugen. Das heißt, es ist gelungen, die von Sick entwickelte und patentierte Scantechnik Safe-HDDM in den wesentlich kleineren 2D-Safety-Sensor zu integrieren.

Dieses hochauflösende, digitale Verfahren zur sicherheitsgerichteten Zeit- und Abstandsmessung, bei dem mehr als 170-mal so viele Laserpulse ausgesendet werden als bei sonst üblichen auf Lichtlaufzeitmessungbasierenden Sicherheits-­Scannern, bietet gerade in mobilen Applikationen eine Reihe von Vorteilen. So ermöglicht es das Multipuls-Verfahren in Verbindung mit der speziellen, digitalisierten Auswertung, wesentlich stabilere Messwerte zu generieren und somit Personen besonders sicher zu detektieren, ohne von Störsignalen, etwa Staub und Schmutz, überlagert zu werden.

Aufgrund der Safe-HDDM-Scantechnik erreichen die Laserscanner zudem eine besonders hohe Fremdlichtfestigkeit bis 40.000 lx. Damit sind sie nahezu unblendbar – weder durch helles Tageslicht, das durch ein offenes Hallentor scheint, noch durch hochfrequente künstliche Umgebungsbeleuchtung, wie sie in vielen Lägern und innerbetrieblichen Transportstrecken üblich ist.

Auch andere, direkt in die Optik strahlende Lichtquellen haben keinen Einfluss auf die sichere Detektion von Personen. Höchste optische Robustheit ist also gewährleistet – und damit höchste Zuverlässigkeit bei der Absicherung und Lokalisierung fahrerloser Fahrzeuge.

Verschiedene Varianten für verschiedene Anforderungen

Der Sicherheits-Laserscanner Nanoscan3 berücksichtigt mit seinen Varianten Core I/O und Pro I/O unterschiedliche Applikationsanforderungen und Integrationswünsche. So umfasst der System­umfang von Core I/O zwei konfigurierbare Überwachungsfälle sowie einen OSSD-Ausgang.

Für Applikationen mit hoher Dynamik steht der Nanoscan3 Pro I/O zur Verfügung. Er bietet 128 Überwachungsfälle, zwei OSSD-Paare sowie Encodereingänge zur dynamischen Umschaltung von Überwachungsfällen. Damit bietet die Variante Pro I/O vielfältige Möglichkeiten, um autonome Fahrzeuge sicherheits- und leistungstechnisch perfekt in ihr Umfeld zu integrieren.

Die Überwachungsfälle können individuell an unterschiedlichste Fahrszenarien angepasst werden, beispielsweise Kurvenfahrten in unterschiedlichen Radien mit und ohne Last, Beschleunigung und Abbremsen, Andocken an Quellen und Senken im Materialfluss, Steigungen und Gefälle der Fahrstrecke oder Durchfahrten durch Tore. Dadurch kann die Produktivität und Verfügbarkeit der Fahrzeuge optimiert werden – bei gleichzeitiger Gewährleistung von Betriebssicherheit in jeder Situation.

Vereinfachte Inbetriebnahme

Das Praktische dabei ist, dass der Nutzer bei der Konfigurierung der Überwachungsfälle mit der lizenzfreien Software Safety Designer jeweils einen „sprechenden Namen“ vergeben kann. Dies vereinfacht wesentlich die Inbetriebnahme wie auch den Service, denn die Programmierung wird einfacher nachvollziehbar.

Ob Core I/O oder Pro I/O – der Nanoscan3 weist in beiden Ausführungen eine Reihe weiterer Merkmale auf. So werden Informationen für die Schnelldiagnose durch Status-LED und ein Display am Sensor visualisiert. Tiefergehende Diagnosedaten werden in der Software Safety Designer angezeigt. Dabei ist es auch möglich, 100 Ereignisse im Laserscanner zu speichern, zu analysieren und so die Konfiguration zu optimieren. Dadurch wird die Produktivität der Fahrzeuge erhöht – unvorhersehbare Störungen und Ausfallzeiten werden minimiert.

Auch die Integration des Nanoscan3 in das Fahrzeug gestaltet sich smart – mechanisch wie elektrisch. Ausrichthalterungen und Befestigungswinkel – bei Bedarf mit Schutz der Optikhaube – lösen auch anspruchsvolle Montagesituationen. Als physische Schnittstellen stehen Micro-USB und Ethernet für die Konfiguration und Diagnose über das Netzwerk zur Verfügung – letztere dient zudem als Messdaten-Schnittstelle. Sichere lokale I/Os ermöglichen die flexible Integration des Laserscanners in verschiedene Steuerungswelten. Und sollte einmal ein Sensortausch erforderlich sein, sind alle Einstellungen im Systemstecker des Safety-Scanners vorhanden.

Aus sicherheitstechnischer Sicht ist der Nanoscan3 für Schutzfeldreichweiten bis 3 m und Warnfeldreichweiten bis 10 m spezifiziert. Dabei können zwischen 20 und 200 mm acht unterschiedliche Auflösungen konfiguriert werden. Die Scantechnik Safe-HDDM kann jedoch noch mehr: Sie ist in der Lage, auf Entfernungen bis zu 40 m mit einer Winkelauflösung von 0,17° hochauflösende Messdaten zu generieren.

Schnelles Erfassen zahlreicher Messwerte

Nach jedem nur 30 ms dauernden Scan stehen 2160 Messwerte zur Verfügung. Sie liefern exakte Informationen zu Entfernung und Richtung erkannter Konturen, die sich weit vor dem oder um das Fahrzeug herum befinden. Mithilfe dieser Messdaten lässt sich das Fahrzeug in seinem Einsatzumfeld präzise lokalisieren, beispielsweise durch Nutzung der Lidar-Lokalisierungs-Software LLS, die Sick zusammen mit dem Safety-Sensor als integrationsfertiges Komplettpaket anbietet. Aber auch die Übernahme der Messwerte in Lokalisierungslösungen von Dritten wie Fahrzeugherstellern oder Integratoren ist möglich – dafür stellt der Nanoscan3 die Abstands- und Winkelinformationen als Rohdaten zur Verfügung.

Der neue Laserscanner bietet industrietaugliche Sicherheit für fahrerlose Fahrzeuge, mobile Plattformen, autonome Karts und Cobots. Zulassungstechnisch erfüllt der Sicherheits-Laserscanner Typ 3 nach IEC EN 61496-3, SIL2 nach IEC 61508 beziehungsweise SIL2CL2 nach EN 62061, Kategorie 3 sowie Performance Level d nach EN ISO 13849. Die Funktionalität der Lokalisierung bietet für den Einsatz in der mobilen Intralogistik über den Sicherheitsaspekt hinaus einen wichtigen Mehrwert. MM

* Patrick Hochleitner ist Produktmanager im Global Business Center Industrial Safety der Sick AG, 79183 Waldkirch, Tel. (0 76 81) 20 20, info@sick.de

(ID:46406688)