Die Dynamik bei Produktions- und Logistikprozessen ist hoch. Die Forderungen nach innovativen Sicherheits­lösungen steigen. Bisherige 2D-LiDAR-Sensoren werden zur flächigen Gefahrbereichsabsicherung eingesetzt. Die weltweit erste 3D-Time-of-Flight-Kamera mit Sicherheitszertifizierung Performance Level c, safeVisionary2, erweitert nun zusätzlich Sicherheits­anwendungen durch ein dreidimensionales Schutz­feld. Diese Ergänzung um die dritte Dimension ermöglicht ­dabei neue und produktivere Sicherheitskonzepte.

Die Vermeidung von Kollisionen und ein schneller Wiederanlauf erhöht die Verfügbarkeit von mobilen Robotern (AMR), wie u. a. Automated Guided Vehicles (AGVs). Eine sichere Navigation der fahrerlosen Transportsysteme ist daher absolut entscheidend bei deren Einsatz. Bisherige 2D-Anti-Kollisions-Lösungen waren dabei stets mit der Herausforderung konfrontiert, auch Hindernisse oberhalb der Scanfeldebene eines Sicherheitslaserscanners, wie z. B. die angehobenen Zinken eines Gabelstablers, sicher zu erfassen, um Kollisionen vermieden.

Erweiterte produktivitätssteigernde Absicherung von AGVs und AMRs

Um dieses Problem zu lösen, hat Sick eine 3D-Time-of-Flight-Kamera mit Sicherheitszertifizierung entwickelt – die safeVisionary2. Im Gegensatz zu 2D-Anti-Kollisions-Lösungen lässt sich mit safeVisionary2 in vielen Fällen ein automatischer Wiederanlauf realisieren. Dank der Seitenabsicherung erhöht sich zudem die Sicherheit bei Dreh- und Wendemanövern des Fahrzeugs nach Be- und Entladevorgängen. Neben den Sicherheitsfunktionen lassen sich in mobilen Anwendungen zusätzlich die 3D-Umgebungsinformationen für eine präzise Lokalisierung und Navigation der Fahrzeuge nutzen. Hierfür stehen die Messdaten via Gigabit-Ethernet zur Verfügung.

Verbesserte Functional Safety bei Mensch-Roboter-Kollaboration

Im Umfeld kollaborativer Roboter ist das Spektrum menschlicher Bewegungsabläufe eine besondere Herausforderung für die Absicherung. Während ein normaler Sicherheitslaserscanner Personen, die sich in den Gefahrenbereich bewegen, auf einer bodennahen 2D-Ebene erkennt, erweitert die sichere 3D-Kamera safeVisionary2 die Applikation um ein 3D-Schutzfeld.

Risiken wie das Hineinlehnen in den Arbeitsbereich des Roboters können erkannt werden. Die Kamera bringt damit bei der Kollaboration zwischen Menschen und Roboter einen entscheidenden Vorteil: Der kraft- und leistungsbegrenzte Modus von Robotern ist in der Regel auf die zulässigen Kraftwerte für Arme und Hände ausgelegt, während der Kontakt von empfindlichen Körperregionen wie Gesicht, Schädel und Stirn zu vermeiden sind. Dadurch wurde ein Stillstand des Roboters bei unmittelbarer Nähe des Personals notwendig. safeVisionary2 ermöglicht eine erweiterte Absicherung des Roboterarbeitsbereichs auf menschlicher Kopfhöhe. Der Stillstand ist nur mehr dann notwendig, wenn eine Person ihren Kopf auch tatsächlich in den Arbeitsbereich bewegt. Gerade bei häufiger Interaktion zwischen Mensch und Roboter lässt sich dadurch die Produktivität der Anwendungen steigern. Als Zusatznutzen helfen die präzisen 3D-Messdaten, die safeVisionary2 liefert, bei der Umsetzung verschiedener Automatisierungsaufgaben.

Bei dem eben genannten Anwendungsszenario eignet sich eine weitere Nutzung der Sensordaten besonders gut, da die Kamera vom Detektieren leerer und gefüllter Trays bis hin zur Objektlokalisierung und -vermessung viele Aufgaben übernehmen kann. Mit dieser Kombination von Sicherheit und Automatisierung reduziert sich der Implementationsaufwand für zusätzliche Komponenten.

Mit 30 Bildern pro Sekunde und einer Auflösung von 512 x 424 Pixeln liefert die Kamera auch in dynamischen Anwendungen zuverlässige Intensitäts- und Distanzwerte. Die einzelnen Pixel liefern somit ein detailliertes, dreidimensionales Entfernungs- und Infrarotintensitätsbild.

Ein weiterer entscheidender Vorteil zu bisherigen Sicherheitskonzepten kann die Reduktion von Zuschlägen bei der Berechnung des notwendigen Sicherheitsabstandes sein. Als Ergänzung zur Gefahrbereichsabsicherung mit Sicherheitslaserscannern lässt sich, wie beschrieben, durch die sichere 3D-Kamera safeVisionary2 ein Überbeugen erkennen. Applikationsabhängig und auf Basis einer individuellen Risikobeurteilung kann die Berechnung des Sicherheitszuschlages daher niedrigere Werte als der übliche Zuschlag gemäß der Formel C = 1200 – 0,4 × Höhe des Schutzfeldes über Bezugsebene in mm ergeben.

Mehr Halt für mobile Serviceroboter

Kommt ein mobiler Serviceroboter in unstrukturierten Umgebungen wie einer Shopping-Mall zum Einsatz, erfordert dies eine besonders sorgfältige Risikobeurteilung. Denn dort können Hindernisse wie Treppen oder Rampen für den Roboter potenzielle Absturzgefahren bergen. safeVisionary2 ermöglicht neben der Auswertung von Schutz- und Warnfeldern für die Fahrwegabsicherung auch die Absicherung von Absturzkanten. Einen echten Mehrwert bieten die präzisen 3D-Messdaten, z. B. für eine konturbasierte Navigation und für weitere Automatisierungsaufgaben.

Schnelle Inbetriebnahme und platzsparendes Design

Ein weiteres Plus ist die schnelle und einfache Inbetriebnahme sowie das Platzsparende Design. Mithilfe von Montagehalterungen, standardisierter Anschlusstechnik und der Software Safety Designer ist safeVisionary2 schnell in Betrieb genommen. Dank kompakter Maße von 70 x 80 x 77 mm lässt sich die Kamera zudem einfach und platzsparend in ein Maschinendesign integrieren.