Radarscanner levert 3D-gegevens en verbetert object- en ruimte mapping

We associëren radartechnologie meestal met snelheidscontroles in het wegverkeer of met apparaten voor het monitoren van vluchten. Maar sinds de jaren 2000 wordt de technologie ook steeds meer gebruikt in auto's zelf. Actieve adaptieve cruise control (ACC)-systemen gebruiken radar om de afstand tot voorliggers en hun snelheid te bepalen. Radars zijn de afgelopen jaren ook steeds populairder geworden in de industriële automatisering. Vooral bij niveaumeting en conventionele afstandsmeting betalen de voordelen ten opzichte van ultrasone, optische sensor- of mediacontacttechnologieën zich in veel toepassingen uit. 

In 2020 presenteerde Turck met de LRS-serie al de eerste radarsensoren voor niveaumeting, in 2021 gevolgd door de DR-M30 radarsensoren voor afstandsmeting. Beide series apparaten werken in het 120 GHz bereik, wat bijzonder gunstig is in termen van bereik en resolutie, d.w.z. de nauwkeurigheid van het signaal. Turck lanceert nu de MR15-Q80 radarsensor als derde lid van zijn radarportfolio. Alleen al aan de vorm van de behuizing is te zien dat er een nieuw apparaattype aan het productassortiment is toegevoegd. In tegenstelling tot de cilindrische apparaten voor afstanden en waterpassen heeft de MR15-Q80 een plat, kubusvormig ontwerp. De onderliggende technologie is ook anders: In de robuuste IP69K-behuizing bevindt zich een 60 gigahertz antenne. Vergeleken met de 120 GHz frequentieband biedt de lagere frequentie een lagere resolutie, maar de stralingshoek is aanzienlijk breder. De MR15-Q80 detecteert objecten met een openingshoek van 120 graden horizontaal en 100 graden verticaal. 

De sensor bereikt een bereik tot een opmerkelijke 15 meter, hoewel deze maximale waarde ook kan worden verlaagd, afhankelijk van het materiaal, de hoek en de oppervlakte-eigenschappen van de objecten. Gebruikers hoeven zich echter geen zorgen te maken over een gebrek aan bereik omdat de doeltoepassingen voornamelijk objectdetectie en het vermijden van botsingen zijn.

Botsingscontrole en objectdetectie voor mobiele apparatuur

De nieuwe radarscanner van Turck biedt maximale IP69K-bescherming tegen het binnendringen van water en stof en voldoet aan alle eisen op het gebied van robuust componentontwerp voor de sector mobiele apparatuur. De M15-Q80 onderscheidt zich ook op het gebied van mechanische weerstand, want hij is bestand tegen schokken en stoten tot 100 g. Op dit punt verschilt de radartechnologie aanzienlijk van de lasergebaseerde lidartechnologie. Lidarsystemen hebben beweegbare spiegels nodig om de laserstralen in elke hoek van het te scannen gebied te richten. Deze bewegende spiegels zijn van nature gevoelig voor mechanische schade veroorzaakt door schokken en trillingen. 

Radars zijn daarom niet alleen minder gevoelig voor storende factoren zoals stof, mist of lichtreflecties, maar zijn mechanisch ook veel robuuster. Naast de weerstand tegen zware schokken is de MR15-Q80 ook bestand tegen voedingsspanningen van 12 of 24 volt, die worden gebruikt in de elektrische systemen van mobiele apparatuur - de sensor is ook bestand tegen mogelijke spanningspieken zonder schade. Turck positioneert de MR15-Q80 als een sensor voor het vermijden van botsingen en objectdetectie voor alle niet-veiligheidsgerelateerde taken. Hij detecteert objecten in zijn omgeving en geeft - in tegenstelling tot vergelijkbare apparaten - meetwaarden voor alle drie de dimensies. Voor mobiele apparatuur is de nieuwe radarscanner momenteel het enige apparaat op de markt dat een driedimensionale meting kan uitvoeren via het SAE J1993 communicatieprotocol voor de CAN-bus.

Realistische ruimte mapping dankzij 3D-gegevens

De MR15-Q80 geeft afstands- en snelheidswaarden voor objecten op alle drie de ruimtelijke assen. Dit betekent dat de omgeving en alle objecten daarin veel nauwkeuriger kunnen worden weergegeven. Vooral machines met armen of gieken op verschillende hoogtes krijgen waardevolle extra informatie over hun omgeving. Dankzij de 3D-informatie weet het besturingssysteem niet alleen waar een obstakel begint, maar ook waar het eindigt en waar de machine met zijn armen kan werken. Er zijn vele andere toepassingsgebieden waar nauwkeurige kennis van de ruimte voor machines nuttig kan zijn, bijvoorbeeld bij het registreren van topografie en rotsen in de mijnbouw.

Dieren en voorwerpen in het veld identificeren

Een andere toepassing in de sector van mobiele apparatuur is het detecteren van dieren en objecten in het veld. De radarscanner van Turck kan op de maaidorser direct op de dorseenheid worden gemonteerd om het veld ervoor in de gaten te houden. Door de verschillende reflecterende eigenschappen van dieren of objecten en graanstengels kan de sensor vreemde objecten in het veld detecteren die ofwel zelf beschadigd zouden raken of de dorseenheid zouden kunnen beschadigen. Dankzij de grote openingshoeken van 120 graden horizontaal en 100 graden verticaal en een bereik tot 15 meter kan de radarscanner betrouwbaar detecteren of het veld voor de maaidorser zonder problemen kan worden geoogst.

Zes instelbare waarschuwingsstralen en drie signaalruimten

Voor deze en andere toepassingen kunnen gebruikers waarschuwingsstralen definiëren die een schakelsignaal activeren zodra een object zich binnen deze stralen bevindt. Schakelsignalen kunnen ook betrouwbaar worden geactiveerd door bepaalde intensiteitsdrempels, die belangrijk zijn voor het onderscheiden van objecten. De controller kan echter ook het IO-Link-signaal volledig evalueren om de volledige informatiedichtheid te benutten. Er kunnen maximaal zes vrij definieerbare waarschuwingsvelden en drie driedimensionale signaalruimten worden aangeleerd en gekoppeld aan een van de twee schakeluitgangen. Als een van deze waarschuwingsvelden zich in de radarschaduw bevindt omdat er zich een object tussen de sensor en het veld bevindt, herkent de sensor dit ook en geeft een passende melding. 

Een andere mogelijke toepassing op mobiele apparatuur is dodehoekwaarschuwing, d.w.z. het bewaken van gebieden op de machine die moeilijk te zien zijn. Het voertuig kan schade oplopen als zich daar objecten bevinden. De waarschuwingsstralen en signaalruimten zijn ook nuttig voor deze taken om tijdig waarschuwingssignalen af te geven.

Botsingen vermijden in de intralogistiek

Er ontstaan ook alternatieve toepassingsgebieden in de intralogistiek. Vooral industriële trucks en automatisch geleide voertuigen (AGV's) hebben sensortechnologie nodig om te navigeren en botsingen te vermijden. LIDAR-scanners worden normaal gesproken gebruikt voor veiligheidsgerichte omgevingsbewaking. Ze zijn echter slechts beperkt geschikt voor de verticale bewaking van liftpaden op autonome vorkheftrucks, omdat ze meestal een kleine verticale openingshoek detecteren. Speciale veiligheidsradars en scanners zouden ook te groot en dus te duur zijn voor de niet-veiligheidsrelevante functie van hoogteregeling. 

Hoogtecontrole

De 3D-radarscanner van Turck levert de benodigde informatie voor alle drie de ruimtelijke dimensies en detecteert dus obstakels en de omgeving in hun geheel. Deze informatie vergemakkelijkt ook de nauwkeurige en veilige controle van hefbewegingen. De gescande gegevens kunnen ook worden gebruikt om doorrijhoogtes te garanderen en schade aan voertuigen, goederen en installatie-elementen te voorkomen. Voor deze taken worden vaak camerasystemen gebruikt, maar die zijn duurder en meestal veel complexer om in te stellen.

Vereenvoudigde inbedrijfstelling en real-time visualisatie in TAS

Het parametreren van dergelijke complexe sensoren, die meer dan alleen een analoog signaal of één of twee schakelsignalen uitzenden, is vaak een uitdaging. Turck ondersteunt gebruikers met zijn TAS (Turck Automation Suite) configuratie- en IIoT-software. De toolkit maakt de inbedrijfstelling en optimale instelling van signaal- en intensiteitsfilters, detectiehoeken of waarschuwingsstralen veel eenvoudiger. De software visualiseert alle ruwe gegevens van de sensor in virtuele realtime in de webbrowser. Objecten worden weergegeven als punten en puntenwolken op twee grafieken, één voor de verticale gegevens en één voor de horizontale detectiehoeken.

Turck biedt twee varianten van de 3D-radarscanner: één met IO-Link en één met een SAE-J1939 interface, die voornamelijk wordt gebruikt voor mobiele apparatuur. Naast de interface voor de 3D-gegevens hebben beide apparaten twee klassieke schakeluitgangen die door verschillende drempelwaarden kunnen worden geactiveerd.

Auteur: Raphael Penning is productmanager voor afstandssensoren bij Turck