Radarový skener poskytuje 3D data a zlepšuje mapování objektů a prostoru

Radarovou technologii si obvykle spojujeme buď s kontrolou rychlosti v silničním provozu, nebo se zařízeními pro monitorování letů. Od roku 2000 se však tato technologie stále častěji používá i v automobilech. Systémy aktivního adaptivního tempomatu (ACC) využívají radar k určení vzdálenosti od vozidel jedoucích před nimi a jejich rychlosti. Radary se v posledních letech stále více prosazují také v průmyslové automatizaci. Zejména při měření výšky hladiny a konvenční vzdálenosti se v mnoha aplikacích vyplácí jejich výhody oproti ultrazvukovým, optickým senzorům nebo technologiím s kontaktem s médiem. 

Již v roce 2020 představila společnost Turck své první radarové senzory pro měření výšky hladiny řady LRS, v roce 2021 pak radarové senzory DR-M30 pro měření vzdálenosti. Obě řady zařízení pracují v pásmu 120 GHz, což je výhodné zejména z hlediska dosahu a rozlišení, tedy přesnosti signálu. Společnost Turck nyní uvádí na trh radarový senzor MR15-Q80 jako třetího člena svého radarového portfolia. Již samotný tvar pouzdra ukazuje, že do sortimentu přibyl nový typ zařízení. Na rozdíl od válcových zařízení pro měření vzdáleností a hladin má MR15-Q80 plochý, krychlový design. Odlišná je i základní technologie: Uvnitř robustního pouzdra s krytím IP69K pracuje 60gigahertzová anténa. Ve srovnání s frekvenčním pásmem 120 GHz poskytuje nižší frekvence nižší rozlišení, ale úhel vyzařování je výrazně širší. MR15-Q80 detekuje objekty s úhlem snímání 120 stupňů horizontálně a 100 stupňů vertikálně. 

Senzor má dosah až 15 metrů, i když tuto maximální hodnotu lze snížit v závislosti na materiálu, úhlu a vlastnostech povrchu objektů. Uživatelé se však nemusí obávat nedostatečného dosahu, protože cílovými aplikacemi jsou především detekce objektů a předcházení kolizím.

Kontrola kolize a detekce objektů pro mobilní zařízení

Nový radarový skener společnosti Turck nabízí maximální stupeň krytí IP69K proti vniknutí vody a prachu a splňuje všechny požadavky na robustní konstrukci komponent pro mobilní zařízení. M15-Q80 vyniká také z hlediska mechanické odolnosti, protože odolává nárazům a otřesům až do hmotnosti 100 g. V tom se radarová technologie výrazně liší od technologie lidaru založené na laseru. Lidary vyžadují pohyblivá zrcadla, která nasměrují laserové paprsky do všech koutů snímané oblasti. Tato pohyblivá zrcadla jsou přirozeně náchylná k mechanickému poškození způsobenému nárazy a vibracemi. 

Radary jsou proto nejen méně citlivé na rušivé vlivy, jako je prach, mlha nebo odrazy světla, ale jsou také mechanicky mnohem odolnější. Kromě odolnosti vůči silným otřesům vydrží MR15-Q80 i napájecí napětí 12 nebo 24 V, které se používá v elektrických systémech mobilních zařízení ve vozidlech - snímač bez poškození odolá i případným napěťovým špičkám. Společnost Turck staví senzor MR15-Q80 do pozice snímače pro zabránění kolizi a detekci objektů pro všechny úlohy, které nesouvisejí s bezpečností. Detekuje objekty ve svém okolí a - na rozdíl od srovnatelných zařízení - vykazuje naměřené hodnoty pro všechny tři osy. V případě mobilních zařízení je nový radarový snímač v současné době jediným zařízením na trhu, které dokáže uvádět trojrozměrné měření prostřednictvím komunikačního protokolu SAE J1993 pro sběrnici CAN.

Realistické mapování prostoru díky 3D datům

MR15-Q80 poskytuje hodnoty vzdálenosti a rychlosti objektů ve všech třech prostorových osách. To znamená, že okolí a všechny objekty v něm lze zobrazit mnohem přesněji. Zejména stroje s rameny nebo výložníky v různých výškách získávají cenné dodatečné informace o svém okolí. Díky 3D informacím řídicí systém ví nejen to, kde překážka začíná, ale také kde končí a kde může stroj operovat se svými rameny. Existuje mnoho dalších oblastí použití, kde může být přesná znalost prostoru před stroji užitečná, například při zaznamenávání topografie a skalních útvarů v hornictví.

Detekce zvířat a předmětů v terénu

Další aplikací v oblasti mobilních zařízení je detekce zvířat a objektů na polích. Radarový skener Turck lze namontovat na kombajn přímo na mlátičku a sledovat tak pole před ním. Vzhledem k rozdílným odrazovým vlastnostem zvířat nebo předmětů a stébel obilí může snímač detekovat cizí předměty na poli, které by se buď samy poškodily, nebo by mohly poškodit mláticí jednotku. Díky velkým úhlům snímání 120 stupňů horizontálně a 100 stupňů vertikálně a dosahu až 15 metrů dokáže radarový skener spolehlivě zjistit, zda lze pole před kombajnem bez problémů sklidit.

Šest nastavitelných výstražných zón a tři signální místa

Pro tyto a další aplikace mohou uživatelé definovat výstražné zóny, které aktivují spínací signál, jakmile se v nich nachází objekt. Spínací signály lze také spolehlivě spouštět určitými prahovými hodnotami intenzity, které jsou důležité pro rozlišování objektů. Řídicí jednotka však může také plně vyhodnocovat signál IO-Link, aby využila celou hustotu informací. Lze naučit až šest volně 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 mezi senzorem a polem je nějaký objekt, senzor to také rozpozná a vydá příslušné hlášení. 

Další možnou aplikací na mobilních zařízeních je varování před mrtvým úhlem, tj. sledování obtížně viditelných míst na stroji. Pokud se v nich nacházejí nějaké předměty, může dojít k poškození vozidla. Pro tyto úlohy jsou užitečné také výstražné zóny a signální prostory, aby bylo možné včas vyslat výstražné signály.

Předcházení kolizím v intralogistice

Alternativní aplikační oblasti se objevují také v intralogistice. Průmyslové vozíky a automatizovaně naváděná vozidla (AGV) vyžadují zejména senzorovou technologii k navigaci a předcházení kolizím. Skenery LIDAR se běžně používají pro bezpečnostní monitorování prostředí. Pro vertikální sledování zdvihových drah na autonomních vysokozdvižných vozících jsou však vhodné pouze omezeně, protože obvykle detekují malý vertikální úhel. Speciální bezpečnostní radary a skenery by byly také předimenzované a tudíž příliš drahé pro funkci výškového řízení, která není relevantní pro bezpečnost.

Kontrola výšky

3D radarový skener společnosti Turck poskytuje potřebné informace pro všechny tři prostorové osy a detekuje tak překážky a okolí v jejich celistvosti. Tyto informace také umožňují přesné a bezpečné ovládání zdvihových pohybů. Naskenovaná data lze použít k zajištění světlé výšky a zabránění poškození vozidel, zboží a prvků zařízení. K těmto úkonům se často používají kamerové systémy, které jsou však dražší a obvykle mnohem složitější na nastavení.

Zjednodušené uvedení do provozu a vizualizace v reálném čase v TAS

Parametrizace takto složitých senzorů, které vydávají více než jen analogový signál nebo jeden nebo dva spínací signály, je často výzvou. Společnost Turck podporuje uživatele pomocí konfigurace TAS (Turck Automation Suite) a softwaru IIoT. Sada nástrojů výrazně usnadňuje uvedení do provozu a optimální nastavení filtrů signálu a intenzity, úhlů detekce nebo varovných poloměrů. Software vizualizuje všechna nezpracovaná data ze senzoru ve virtuálním reálném čase ve webovém prohlížeči. Objekty jsou zobrazeny jako body a mračna bodů na dvou grafech, jeden pro vertikální data a jeden pro horizontální úhly detekce.

Turck nabízí dvě varianty 3D radarového skeneru: jednu s IO-Link a jednu s rozhraním SAE-J1939, které se primárně používá pro mobilní zařízení. Kromě rozhraní pro 3D data mají obě zařízení dva klasické spínací výstupy, které lze spouštět různými prahovými hodnotami.

Autor: Raphael Penning je produktový manažer pro senzory vzdálenosti ve společnosti Turck