2D-Positioniersystem Robuste und sichere Absolutposition

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

SMC Deutschland GmbH

ELMEKO GmbH + Co. KG

Pepperl+Fuchs GmbH

Fahrerlose Transportsysteme müssen oft hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen und benötigen dafür eine sichere Sensorik. Das 2D-Positioniersystem Safe-PGV liefert hochgenaue, sichere Positionsdaten.

Die Grundlage der sicheren Positionsbestimmung des 2D-Positioniersystems Safe-PGV von Pepperl+Fuchs ist ein fest verlegtes Band mit dreifarbigen DataMatrix-Codes. Diese sind mit 15x15 mm überdurchschnittlich groß und entsprechend gut zu erkennen. Ebenfalls groß dimensioniert ist das Lesefenster des Sensors mit den Abmessungen 120 x 80 mm. Zwar genügt ein einziger DataMatrix-Code zur Positionsbestimmung auf der X-Achse, doch werden redundant immer mehrere Codes gleichzeitig erfasst. So können die Codes auf einer Strecke von bis zu 75 mm beschädigt sein, und die Positionsdaten werden dennoch auf 0,2 mm genau ausgegeben. Die Varianz der verfügbaren Codes reicht für eine Strecke von bis zu 100.000 m, eine auf dem Markt sonst nicht erreichte Ausdehnung.

Zwei Lichtfarben plus farbige Codes

Die Kamera des Lesekopfes besitzt einen großen Schärfentiefebereich und lässt sich mit bis zu 130 mm Abstand zur Codeleiste montieren. Sie ist mit rot-blauer LED-Beleuchtung ausgestattet. Der rote und der blaue Anteil der Beleuchtung blitzen jeweils getrennt und in zufälliger Abfolge auf das Codeband, sodass die Kamera jeweils nur einen Teil der farbigen Codes erfasst – die roten und schwarzen Felder im blauen Licht, die blauen und schwarzen Markierungen bei rotem Blitz. Damit ist eine weitere Redundanz-Dimensionen geschaffen. Der integrierte Sicherheitscontroller kennt die zufällige Abfolge der Blitzfarben, sodass er die Signale mit dem Erwartungswert vergleichen und die erfasste Position einer unabhängigen Plausibilitätsprüfung unterziehen kann. Die Firmware des Systems gleicht dabei die optischen Signale mit einem sicheren Algorithmus direkt im Sensor ab.

Mit dem Abgleich der Farben-Bilder werden eventuelle Fehlfunktionen sofort erkannt und die Ausgabe eines falschen Positionsdatums verhindert. Zugleich wird die korrekte Funktion der Software im Gerät kontinuierlich überprüft, während der Sicherheitsteil die verschiedenfarbigen LED-Ringe des Sensors direkt ansteuert. Die sichere Steuerung erhält auf diese Weise bereits überprüfte Information durch die integrierte Profinet Profisafe-Schnittstelle. Zur Weiterverarbeitung der Positionsdaten gemäß SIL 3 und PL e wird kein zusätzlicher Funktionsbaustein mehr benötigt.

Harte Leisten für harten Einsatz

In der Standardausführung bestehen die Codebänder aus robustem Laminat. Sie werden in der Regel seitlich der eigentlichen Fahrspur einfach auf den Boden oder – etwa bei Gehängen – auf eine Trägerstruktur geklebt. In bestimmten Streckenabschnitten wie Kreuzungen, Tordurchfahrten oder Kurven lässt sich aber nicht vermeiden, dass auf den Boden aufgebrachte Codebänder von den Fahrzeugrädern überquert und entsprechend abgerieben, nicht selten auch beschädigt werden. An solchen Stellen genügen die technischen Vorkehrungen für kompromittierte Bandabschnitte nicht mehr, weil größere Teile des Codebands betroffen sein können. Dieses Problem haben die Ingenieure von Pepperl+Fuchs durch die Entwicklung von Codeleisten aus Metall gelöst, die auch starker mechanischer Beanspruchung widerstehen. Die Data-Matrix-Felder werden mit einem speziellen Verfahren auf Aluminiumleisten gedruckt und von einer Eloxalschicht geschützt. Ausgiebige Härtetests haben gezeigt, dass selbst beständiges Überfahren die Code-Information nicht beeinträchtigt.

Zu längeren Strecken zusammenfügbar

Die Metallschienen lassen sich als anschlussfähige Module zu längeren Strecken fügen. Man kann sie für Strecken ohne mechanische Beanspruchung mit den Standard-Codebändern aus Laminat kombinieren. Außerdem gibt es geschlossene Schienen zur Positionsbestimmung an definierten Stationen, die das Fahrzeug durch freie Navigation ansteuert, wie etwa das Tor der Sicherheitsbox eines Schweißroboters. Das autonome Fahrzeug soll dort Bleche übergeben. Das Tor darf aber erst für die Materialübergabe geöffnet werden, wenn die korrekte Position des AGV verifiziert ist. Dies kann anhand der Codes einer kurzen PGV-Schiene geschehen. Die vom Lesekopf erfasste Code-Information bildet hier die Grundlage für eine sichere Anmeldung.

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Nur eine Kamera erforderlich

Wo andere optische Positionierungssysteme zwei Kameras benötigen, kommt das Safe-PGV-System mit nur einer aus. Der Vorteil: Es stehen immer eindeutige Signale zur Verfügung. Die Positionsbestimmung wird von der „Checker“-Funktion des Sensors zusätzlich abgesichert. Sie benotet die Qualität der einzelnen Codes und gibt die Anzahl der erfassten Markierungen aus. Werden hier, zum Beispiel wegen ungewöhnlich starker Verschmutzung, kritische Werte erkannt, lassen sich frühzeitig die nötigen Maßnahmen ergreifen. Einzelne Abschnitte des Codebandes oder der Codeleiste lassen sich jederzeit austauschen.

Die SSPS kann die Sensor-Daten für weitere Funktionen nutzen, so zur Überwachung von Parametern wie sichere Position, sicherer Abstand, sichere Geschwindigkeit oder sichere Beschleunigung. Die Eigenschaften des Sensors sind in der GSDML-Datei beschrieben; die Daten ermöglichen den Betrieb in einem Profinet-Netzwerk. Über die Sicherheitssteuerung lässt sich die Datei auch direkt für die weitere Parametrierung nutzen. Die Diagnosedaten weisen auf eventuelle Störungen hin, die sich so leicht beheben lassen. Für die Busanschaltung ist kein zusätzlicher Controller gebraucht. Der Lesekopf hat keine beweglichen Teile; der Sensor detektiert berührungslos und verschleißfrei. Damit ist bei minimalem Wartungsaufwand praktisch durchgängige Verfügbarkeit gewährleistet.