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Sichere Laserscanner mit mobiler Navigationsunterstützung

Bild 1. Die Zielsetzung der sicheren Laserscanner mit CMS-Funktion – hier der S3000 – ist die gleichzeitige Übernahme absichernder und navigationsunterstützender Funktionen durch einen einzigen Sensor

Bild 1. Die Zielsetzung der sicheren Laserscanner mit CMS-Funktion – hier der S3000 – ist die gleichzeitige Übernahme absichernder und navigationsunterstützender Funktionen durch einen einzigen Sensor

Bild 3. Die effiziente Doppelfunktion der Contour Measurement & Safety verbindet Sicherheit mit Navigationsunterstützung, zum Beispiel bei diesem Hubwagen-Scanner S300 (unten) und S3000 (oben)

Bild 4. Die sicheren Laserscanner mit CMS detektieren an jeder Stelle eines Parcours nicht nur Personen, Gegenstände oder andere Fahrzeuge, sondern erfassen auch natürliche und künstliche Landmarken in der Umgebung

Die sicheren Laserscanner mit CMS-Funktion übernehmen gleichzeitig absichernde und navigationsunterstützende Funktionen. Hierbei nutzen sie die Messdaten, die bei der sicherheitsgerichteten Erfassung der Raumkonturen anfallen. Ergänzend zur natürlichen Umgebung können bei Bedarf zudem speziell angebrachte Reflektormarken berücksichtigt werden.

An der Bezeichnung CMS sind sie zu erkennen – die sicheren Laserscanner mit integrierter Navigationsunterstützung von Sick. Sie bieten Personenschutz und Navigationsunterstützung in einem einzigen Sensor. Mit ihrer Contour Measurement & Safety– Doppelfunktion sorgen die Geräte der Baureihen S300 und S3000 nicht nur für Sicherheit auf den Fahrwegen von fahrerlosen Transportfahrzeugen, automatisch geführten Carts und mobilen Servicerobotern, sondern helfen ihnen auch bei der Navigation und Positionierung (Bild 1).
Das „2-in-1“-Konzept der CMS-Sensoren mit standardmäßigem Inkrementalgeberanschluss ist montagefreundlich und platzsparend – gerade bei kleineren Fahrzeugen ein wichtiges Argument. Dem Fahrzeughersteller und Systemintegrator bieten die Laserscanner aber auch steuerungstechnisch Integrationsfreund-lichkeit, da sie nur vorverarbeitete und individuell konfigurierbare Messdaten ausgeben.

Normengerechte Sicherheit im mobilen Einsatz
Alle Sicherheits-Laserscanner mit CMS-Funktionalität erfüllen die sicherheitstechnischen Anforderungen des Performance Level d nach DIN EN ISO 13849-1 sowie SIL2 nach DIN EN 61508 (VDE 0803) und entsprechen mit Typ 3 nach DIN EN 61496-1 (VDE 0113-201) den Anforderungen an optoelektronische Schutzeinrichtungen für diesen Einsatzzweck. Je nach Aufgabenstellungen bietet das CMS-Portfolio drei Optionen. Der S300 Professional CMS hat eine Reichweite von 2 m sowie vier programmierbare und im Betrieb automatisch umschaltende Schutzfeldsätze. Er eignet sich damit für kleine Transportfahrzeuge und für Serviceroboter. Stellen die transport- und fahrwegetechnischen Einsatzbedingungen komplexere Anforderungen an die berührungslose Absicherung, bietet der S300 Expert CMS (Bild 2) vier weitere Feldsätze, bestehend aus je einem Schutz- und einem Warnfeld. Mit diesen insgesamt acht Warn- und Schutzfeldern können dann mehrere Überwachungsrichtungen, schwierige Kurvengeometrien oder unterschiedliche Geschwindigkeiten noch präziser und prozesseffizienter berücksichtigt werden. Zur Absicherung großer und oftmals schneller Fahrzeuge bietet sich der S300 Professional CMS mit ebenfalls acht programmierbaren Warn- und Schutzfeldern sowie abstufbaren Reichweiten von 4 m, 5,5 m und 7 m an.

Kombinationslösung für besondere Aufgaben
Mit ihrem Scanwinkel von 270° ermöglichen die S300–Scanner Lösungen der besonderen Art (Bild 3): So ermöglichen zwei Geräte am Fahrzeugheck eine komplette Heck- und Seitenüberwachung von Fahrzeugen. Zwei diagonal montierte S300 können sogar für eine Rundumüberwachung sorgen. Interessante Absicherungslösungen lassen sich zudem auch durch die Kombination von Geräten beider Baureihen realisieren, zum Beispiel für die Überwachung der Transportfahrtrichtung mit dem „große“ S3000 und der Absicherung des Heckbereichs mit dem „kleinen“ S300. In diesen Anwendungsfällen können die sicheren Laserscanner zusammen mit der Sicherheitssteuerung Flexi Soft von Sick integrationsfreundliche, hoch verfügbare und wirtschaftliche Komplettlösungen für die Absicherung von automatischen Fahrzeugen bilden. Die Steuerung kommuniziert mit den Sensoren über die sichere Datenschnittstelle EFI (Enhanced Functional Interface). Die navigationsunterstützende CMS-Funktion, deren Daten per RS-422-Schnittstelle übertragen werden – bleibt dabei in vollem Umfang erhalten.

Navigationsunterstützung in unterschiedlichen Auslegungen
Vom Funktionsprinzip her erfassen die sicheren Laserscanner mit CMS – parallel zur Detektion von Personen, Gegenstände oder anderen Fahrzeugen – an jeder Stelle eines Parcours natürliche und künstliche Landmarken in der Umgebung (Bild 4). Auf weitere externe Navigationshilfen, wie Magnete oder Induktionsschleifen im Boden, kann man verzichten. In welchem Umfang die Messdaten dann navigationsunterstützend genutzt werden, hängt vom Einsatzfall ab.
Große Fahrzeuge, die sich in der Regel mit einem eigenständigen Navigationssystem, zum Beispiel einem NAV200 von Sick, zurechtfinden, nutzen die CMS-Daten als redundante Orientierungsinformationen. Erfasst der Scanner Personen oder Objekte, ermöglichen deren CMS-Messdaten nach der Auswertung im Navigationsrechner ein präzises Ausweichen oder Umfahren durch das Fahrzeug. In bestimmten Bereichen, zum Beispiel in engen Gassen und Kurvendurchfahrten, kann ein Laserscanner mit CMS kurzzeitig anstelle des eigentlichen Navigationssystems das Fahrzeug auf dem richtigen Weg halten. Das gilt auch für Einsatzfälle, in denen ein fahrerloses Transportfahrzeug selbstständig auf eine Wechselbrücke oder eine Lkw-Ladefläche fahren muss. Hier ermöglicht die CMS-Funktion nicht nur eine gesteuerte, sichere Freifahrt, sondern auch das gezielte Aufnehmen oder Absetzen beispielsweise einer Palette. Bei Anwendungen an Kleinfahrzeugen, wie sie beispielsweise als Montageplattformen oder auch als Transportfahrzeuge in Krankenhäusern eingesetzt werden, bietet sich die CMS-Funktion als Basis für eine steuerungsseitige Fahrzeuglenkung und Navigation an.

Integrationsfreundliche CMS-Funktionalität
Wie alle Sicherheits-Laserscanner erfassen auch die Geräte mit CMS-Funktionalität während der Bereichsüberwachung eine Vielzahl von Konturdaten und Messwerten. Diese werden aber nicht komplett an eine Fahrzeugsteuerung oder ein Navigationssystem übergeben, sondern in Form vorverarbeiteter Rohdaten, deren Telegrammaufbau individuell definierbar ist. Bereits in der Konstruktion, aber auch später im Betrieb des Fahrzeugs, kann konfiguriert werden, ob Messdaten kontinuierlich oder getriggert ausgewertet werden sollen, ob der Zustand der statischen Eingänge sowie der sicheren OSSD-Ausgänge (Output Signal Switching Device) übertragen werden soll und ob Geschwindigkeits- und Inkrementalgeberwerte ebenfalls Teil des Telegramms sein sollen. Insgesamt vereinfacht die Datenvorverarbeitung die steuerungstechnische Integration der sicheren Laserscanner mit CMS.

Fazit
Mobile Fahrzeuge, die ihren Fahrweg aus Sicherheitsgründen überwachen müssen, benötigen für die Unterstützung ihres Navigationssystems keine zusätzliche Sensorik, wenn sie sichere Laserscanner mit CMS-Funktionalität an Bord haben. Das „2-in-1“-Konzept von Sick reduziert den Aufwand für Komponenten sowie Verkabelung und spart zudem wertvollen weil knappen Montageplatz ein. Dadurch wird mit den CMS-Sensoren auch ein Höchstmaß an Wirtschaftlichkeit und Kosteneffizienz erreicht.

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Autor: Dipl.-Wi.-Ing. (FH) Benjamin Heimpel ist Produktmanager in der Division Industrial Safety Systems der Sick AG in Waldkirch