Radarový skener poskytuje 3D data a zlepšuje zobrazení objektů i prostoru

Radarová technologie se obvykle spojuje buď s měřením rychlosti v silničním provozu, nebo se zařízeními pro řízení letového provozu. Od počátku 21. století se však tato technologie stále častěji uplatňuje i v osobních automobilech. Systémy aktivního udržování vzdálenosti, známé jako ACC (Adaptive Cruise Control), využívají radar k určení vzdálenosti od vozidel jedoucích vpředu a jejich rychlosti. V posledních letech se radar stále častěji uplatňuje také v průmyslové automatizaci. Zejména jeho výhody oproti ultrazvukovým, optoelektronickým nebo kontaktním technologiím se projevují v mnoha aplikacích, zejména při měření hladiny a klasickém měření vzdálenosti.

V roce 2020 uvedla společnost TURCK na trh své první radarové senzory pro měření hladiny z řady LRS, na které v roce 2021 navázaly radarové senzory DR-M30 určené k měření vzdálenosti. Obě řady zařízení pracují v pásmu 120 GHz, což přináší zejména výhody z hlediska dosahu a rozlišení, tedy přesnosti signálu. Společnost TURCK nyní rozšiřuje své portfolio radarových senzorů o třetí model – radarový senzor MR15-Q80. Již samotný tvar krytu jasně naznačuje, že se jedná o další typ zařízení, který doplňuje stávající produktovou řadu. Na rozdíl od válcových zařízení pro měření vzdáleností a hladin má model MR15-Q80 plochý, obdélníkový tvar. Liší se i použitá technologie: uvnitř robustního pouzdra s krytím IP69K se nachází anténa pracující na frekvenci 60 gigahertzů. Ve srovnání s frekvenčním pásmem 120 GHz nabízí nižší frekvence sice menší rozlišení, ale úhel vyzařování je výrazně širší. Snímač MR15-Q80 detekuje objekty s úhlem vyzařování 120 stupňů v horizontální rovině a 100 stupňů ve vertikální rovině.

Senzor má dosah až 15 metrů, což je skutečně působivé, i když se tato maximální hodnota může snížit v závislosti na materiálu, úhlu a vlastnostech povrchu objektů. Jelikož jsou však cílovými aplikacemi především detekce objektů a prevence kolizí, nemusí se uživatelé obávat nedostatečného dosahu.

Řízení kolizí a detekce objektů u mobilních zařízení

Nový radarový skener společnosti TURCK dosahuje díky krytí IP69K maximální ochrany proti vniknutí vody a prachu a splňuje všechny požadavky na odolnost komponentů pro mobilní zařízení. Model M15-Q80 vyniká také vysokou mechanickou odolností, protože snáší otřesy a nárazy až do 100 g. Právě v tomto ohledu se radarová technologie výrazně liší od laserové technologie LiDAR. Systémy LiDAR vyžadují pohyblivá zrcadla, která nasměrují laserové paprsky do všech koutů skenovaného prostoru. Tato pohyblivá zrcadla jsou přirozeně náchylná k mechanickému poškození způsobenému nárazy a vibracemi.

Radar je nejen méně citlivý na rušivé faktory, jako je prach, mlha nebo odrazy světla, ale je také mechanicky mnohem odolnější. Kromě silných nárazů snáší model MR15-Q80 také napájecí napětí 12 nebo 24 voltů, která se používají v palubních napájecích systémech mobilních strojů – senzor dokonce bez poškození odolá i případným napěťovým špičkám. Společnost TURCK uvádí model MR15-Q80 na trh jako senzor pro prevenci kolizí a detekci objektů pro všechny úkoly, které nesouvisejí s bezpečností. Detekuje objekty ve svém okolí a na rozdíl od srovnatelných zařízení poskytuje naměřené hodnoty ve všech třech rozměrech. Pro mobilní stroje je tento nový radarový skener v současné době jediným zařízením na trhu, které dokáže poskytovat trojrozměrná měření prostřednictvím komunikačního protokolu SAE J1993 pro sběrnici CAN.

Realistické prostorové zobrazení na základě 3D dat

Senzor MR15-Q80 poskytuje údaje o vzdálenosti a rychlosti objektů ve všech třech prostorových osách. To umožňuje mnohem přesnější mapování okolí a všech objektů v něm. Zejména stroje, které pracují v různých výškách pomocí ramen nebo výložníků, tak získávají cenné doplňkové informace o svém okolí. Díky 3D informacím řídicí jednotka nejen ví, kde překážka začíná, ale také kde končí a kde může stroj se svými rameny pracovat. Existuje mnoho dalších oblastí použití, kde může být užitečná přesná znalost prostoru před stroji, například při detekci topografie a skalních výčnělků v hornictví.

Identifikace zvířat a předmětů v terénu

Dalším uplatněním v oblasti mobilních zařízení je detekce zvířat a předmětů na polích. Radarový skener společnosti TURCK lze namontovat přímo na mláticí mechanismus kombajnu, aby sledoval pole před ním. Díky odlišným odrazovým vlastnostem zvířat, předmětů a stébel obilí dokáže senzor detekovat cizí předměty na poli, které by mohly být samy poškozeny nebo by mohly poškodit mláticí mechanismus. Díky velkému úhlu pokrytí 120 stupňů v horizontální a 100 stupňů ve vertikální rovině a dosahu až 15 metrů dokáže radarový skener spolehlivě zjistit, zda lze pole před kombajnem bez problémů sklízet.

Možnost nastavení šesti varovných zón a tří signalizačních oblastí

Pro tyto a další aplikace mohou uživatelé definovat varovné zóny, které spustí spínací signál, jakmile je v jejich dosahu detekován objekt. Spínací signály lze také spolehlivě spouštět na základě konkrétních prahových hodnot intenzity, které jsou důležité pro rozlišení objektů. Řídicí jednotka však může také vyhodnotit signál IO-Link v plném rozsahu, aby bylo možné využít celou informační hustotu. Lze naprogramovat až šest libovolně definovatelných výstražných polí a tři trojrozměrné signální prostory a propojit je s jedním ze dvou spínacích výstupů. Pokud se jedno z těchto výstražných polí nachází v radarovém stínu, protože se mezi snímačem a polem nachází nějaký objekt, snímač to rovněž detekuje a vydá odpovídající hlášení.

Dalším možným využitím v mobilních strojích je varování před mrtvým úhlem, tj. sledování oblastí kolem stroje, které jsou obtížně viditelné. Pokud se tam nacházejí nějaké předměty, mohlo by dojít k poškození vozidla. K tomuto účelu jsou užitečné také varovné zóny a signální prostory, které umožňují včasné vyslání varovných signálů.

Prevence kolizí v intralogistice

Alternativní oblasti použití se objevují také v intralogistice. Zejména průmyslové vozíky a bezobslužné dopravní systémy (DTS) vyžadují senzorovou technologii pro navigaci a prevenci kolizí. Pro monitorování okolí z hlediska bezpečnosti se obecně používají LiDAR skenery. Pro vertikální monitorování zdvihových drah u autonomních vysokozdvižných vozíků jsou však vhodné pouze v omezené míře, protože mají obvykle malý vertikální úhel kužele. Speciální bezpečnostní radary a skenery by navíc byly pro funkci řízení výšky, která nesouvisí s bezpečností, předimenzované a tudíž příliš nákladné.

Nastavení výšky

3D radarový skener společnosti TURCK poskytuje potřebné informace ve všech třech prostorových rozměrech, což mu umožňuje detekovat překážky i celé okolí. Tyto informace rovněž usnadňují přesné a bezpečné řízení zvedacích pohybů. Naskenovaná data lze rovněž využít k zajištění volné výšky a k prevenci poškození vozidel, zboží a součástí systému. K těmto úkolům se často používají kamerové systémy, které jsou však dražší a jejich uvedení do provozu je obvykle mnohem složitější.

Zjednodušené uvedení do provozu a vizualizace v reálném čase v systému TAS

Parametrizace takových složitých senzorů, které poskytují více než jen analogový signál nebo jeden či dva spínací signály, často představuje výzvu. Společnost TURCK podporuje uživatele prostřednictvím svého konfiguračního a IIoT softwaru TAS (TURCK Automation Suite). Tato sada nástrojů výrazně zjednodušuje uvedení do provozu a optimální nastavení signálních a intenzitních filtrů, detekčních úhlů a varovných poloměrů. Software vizualizuje všechna surová data ze senzorů v téměř reálném čase ve webovém prohlížeči. Objekty se zobrazují jako body a mraky bodů na dvou grafech, z nichž jeden znázorňuje vertikální data a druhý horizontální detekční úhly.

Společnost TURCK nabízí dvě verze 3D radarového skeneru: jednu s rozhraním IO-Link a druhou s rozhraním SAE J1939, která se používá především pro mobilní stroje. Kromě rozhraní pro 3D data disponují obě zařízení dvěma klasickými spínacími výstupy, které lze aktivovat při dosažení různých prahových hodnot.