Radarscanner biedt 3D-data en verbetert mapping van voorwerpen en zones

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 niveaumetingen en conventionele afstandsmetingen zijn de voordelen ten opzichte van ultrasone, optische sensoren of mediacontacttechnologieën in veel toepassingen heel zinvol. 

In 2020 presenteerde Turck met de LRS-serie al zijn 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 anbod van radarsensoren. 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 afstands- en niveaudetectie heeft de MR15-Q80 een plat, kubusvormig design. De onderliggende technologie is ook anders: In de robuuste IP69K-behuizing bevindt zich een 60 GHz 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 haalt een bereik tot een opmerkelijke 15 meter, hoewel deze maximumwaarde ook kan worden verkleind 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 beoogde toepassingen voornamelijk objectdetectie en het vermijden van botsingen zijn.

Botsingscontrole en objectdetectie voor mobile equipment

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 impact 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 ook mechanisch veel robuuster. Naast de bestendigheid 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 apparaten - de sensor is ook bestand tegen mogelijke spanningspieken. 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 apparaten 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 ruimtelijke mapping dankzij 3D-data

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 nauwkeurig inzicht van de ruimte voor machines nuttig kan zijn, bijvoorbeeld bij het opnemen van topografie en rotsen in de mijnbouw.

Dieren en voorwerpen in het veld identificeren

Een andere toepassing in de sector van mobiele apparaten is het detecteren van dieren en objecten in velden. De radarscanner van Turck kan op de maaidorser direct op de dorsinstallatie worden gemonteerd om het veld ervoor te monitoren. Door de verschillende reflecterende eigenschappen van dieren of objecten en graanhalmen kan de sensor vreemde objecten in het veld detecteren die zelf beschadigd zouden raken of die de dorsinstallatie 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 waarschuwingszones en drie signaleringsgebieden

Voor deze en andere toepassingen kunnen gebruikers waarschuwingszones definiëren die een schakelsignaal activeren zodra een object zich in deze zones bevindt. Schakelsignalen kunnen ook betrouwbaar worden geactiveerd door bepaalde intensiteitsdrempels, die belangrijk zijn voor het onderscheiden van objecten. De controller kan het IO-Link-signaal echter ook volledig evalueren om alle beschikbare data 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 apparaten is dodehoekwaarschuwing, d.w.z. het bewaken van zones op de machine die moeilijk te zien zijn. Het voertuig kan schade oplopen als zich daar objecten bevinden. De waarschuwingszones en signaleringsgebieden zijn ook nuttig voor deze toepassingen om tijdig waarschuwingssignalen te versturen.

Vermijden van botsingen 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 gebruikt voor veiligheidsgerelateerde 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 'overkill' en te duur zijn voor de niet-veiligheidsgerelateerde functie van hoogtecontrole.

Hoogtecontrole

De 3D-radarscanner van Turck levert de benodigde gegevens voor alle drie de ruimtelijke dimensies en detecteert zo obstakels en de omgeving in hun geheel. Deze gegevens maken ook een nauwkeurige en veilige controle van hefbewegingen mogelijk. 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 realtime 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 waarschuwingszones veel eenvoudiger. De software visualiseert alle ruwe data van de sensor in virtuele realtime in de webbrowser. Objecten worden weergegeven als punten en puntenwolken op twee grafieken, één voor de verticale data en één voor de horizontale detectiehoeken.

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

Auteur: Raphael Penning is Product Manager voor Distance Sensors bij Turck