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Outdoor-Testanlage Sicherheits-Laserscanner sind mit allen Wassern gewaschen

| Autor / Redakteur: Michael Badeja* / Sariana Kunze

Heute kann es regnen, stürmen oder schneien … Getreu diesem Motto deckt das Outdoor Technology Center von Sick – auf etwa 3.500 m2 Testfläche – die verschiedensten realen und simulierten Freiluft-Belastungstests für Outdoor-Sensoren ab. Auch ein Regenkanal kommt zum Einsatz.

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Damit der Outdoor-Laserscanner von Sick bei jedem Wetter zuverlässig ist, wird er unter anderem in einem Regenkanal unter Realbedingungen getestet.
Damit der Outdoor-Laserscanner von Sick bei jedem Wetter zuverlässig ist, wird er unter anderem in einem Regenkanal unter Realbedingungen getestet.
(Bild: Sick )

Um durchgängige und sichere Wertschöpfungsketten aufbauen zu können, ist es für Unternehmen relevant, auch in außenliegenden Industrieumgebungen sicherheitszertifizierte Sensoren einzusetzen. Ein Beispiel dafür bietet die innerbetriebliche Logistik, wenn fahrerlose Transportsysteme (FTS) nicht nur in Hallen, sondern auch auf dem Freigelände verkehren und so verschiedene Produktions- und Lagerorte miteinander vernetzen. Während die vorgeschriebene Personensicherheit für den Betrieb im Innenbereich durch sicherheitszertifizierte Sensoren schon seit Jahren Stand der Technik ist, mussten für den Betrieb im Freigelände häufig zusätzliche Schutzmaßnahmen getroffen werden, die die Funktionalität der Fahrzeuge beeinträchtigen.

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Zu diesem Zweck prüft Sick mit einem Outdoor Technology Center (OTC) seine Sensoren mit diversen realen und simulierten Freiluft-Belastungstests. Der Sicherheits-Laserscanner Outdoorscan3 wurde deshalb speziell für den Einsatz im Außenbereich eines FTS entwickelt. Die Hard- und Softwareentwicklung sowie die sicherheitstechnische Zertifizierung wurde durch eine Vielzahl von Testmethoden unterstützt.

Zertifizierte Sicherheit: Laserscanner für jedes Wetter

Um draußen frei einsetzbar zu sein, müssen Sensoren Wind, Wetter und weiteren Umwelteinflüssen mit hoher Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit begegnen. Dichtigkeit sowie mechanische, chemische und thermische Widerstandsfähigkeit sind dabei wesentliche Grundanforderungen an Outdoor-Sensoren. Im Rahmen der neuen Norm IEC/TS 62998-1 Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsrelevante Sensoren für den Schutz von Personen – können kritische Umgebungseinflüsse, die die Sensorfunktion und die Verlässlichkeit des Detektionsvermögens beeinflussen, für die Anwendung im Innen- und Außenbereich festgelegt werden. Darüber hinaus bildete die IEC/TS 62998 auch die Grundlage für Prüfkonzepte des optischen Detektionsverhaltens und der Grenzen der Scantechnologie durch Umwelteinflüsse. Der Sicherheits-Laserscanners Outdoorscan3 erfüllt diese normativen Vorgaben.

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Regenkanal
Drei Regenarten simulieren

Die Hauptaufgabe des Regenkanals ist es, die Zuverlässigkeit von Sensoren auch bei Niederschlag und eingeschränkter Sicht reproduzierbar zu testen. Entlang der 18,5 m langen Messstrecke können drei Regenarten simuliert werden: Gischt, Stark- und Tropenregen. Erzeugt wird der Niederschlag aus einem Kreislauf von 3.000 l Wasser, der auch Dauerlauftests ermöglicht. Im Regenkanal können Performancevergleiche durchgeführt werden, die die max. Belastbarkeit des Detektionsverhaltens verschiedener Sensoren auf verschiedene Targets oder bei unterschiedlichen Objektremissionen ermittelt. Zudem können Messverfahren getestet und verglichen werden, beispielsweise bei verschiedenen Energiedichten und Frequenzen von Laserpulsen. Sensoren, Applikationsbedingungen und Technologien werden so direkt miteinander vergleichbar.

Safety-Funktionen bei Nebel und Regen testen

Insbesondere müssen die Grenzen der Verlässlichkeit des Detektionsvermögens durch Umwelteinflüsse berücksichtigt, erprobt und validiert werden. Hierzu wurde das Gerät zahlreichen Tests unter Realbedingungen und in speziell entwickelten Versuchsaufbauten unterzogen. So wurde zum einen im Nebelkanal getestet. Dank der Fogsight-Nebelfunktion kann der Outdoorscan3 bei Nebel bis zu einer meteorologischen Sichtweite von 50 m alle Hindernisse detektieren. Wird der Nebel zu dicht, schaltet er sicher in den Aus-Zustand und stoppt das Fahrzeug. Zum anderen wurde der Laserscanner im Regenkanal den simulierten Niederschlagsarten Gischt, Stark- und Tropenregen ausgesetzt. Der Scanner detektiert sicher mit einem intelligenten Software-Algorithmus bei Regen bis zu einer Niederschlagsstärke von 10 mm/h. Bei höheren Regenmengen kommt es zu sporadischen Abschaltungen, wobei der Scanner dann in den sicheren Aus-Zustand wechselt. Sobald der Regen wieder abnimmt, kann durch einen automatischen Wiederanlauf der Betrieb fortgesetzt werden. Bei Tests im OTC wurde deutlich, dass auch Schnee aus den Messdaten des Outdoorscan3 herausgefiltert werden kann und die Safety-Funktionen nicht beeinträchtigt werden.

Buchtipp

Das Buch Industriesensorik beschreibt die Entwicklung und die praktische Anwendung der wichtigsten Sensoren. Durch anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch viele detaillierte, vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele, eignet sich das Buch nicht nur für Studenten, sondern auch für Ingenieure und Techniker verschiedener Fachrichtungen.

Sensor bei bis zu 40.000 lux noch fehlerfrei

Entsprechendes gilt für einen direkten Lichteinfall in den Sensor: der Laserscanner arbeitet bei einer Sonneneinstrahlung mit einer Beleuchtungsstärke bis zu 40.000 lux fehlerfrei. Durch die verschiedenen Outdoor-Tests konnten in den Sicherheits-Laserscanner intelligente Zusatzfunktionen integriert werden, die dem Anwender während des Produktlebenszyklus beispielsweise die Montage und Verkabelung, die Parametrierung und Konfigurierung sowie die Diagnose, Wartung und Installation von Updates erleichtern. Die zertifizierte Sicherheit kann auch beim automatischen Andocken und Ablegen von Fluggastbrücken auf Flughäfen und Anwendungen an gefährlichen Maschinen im Außenbereich zum Einsatz kommen.

Outdoor-Testanlagen prüfen Umweltsituationen

Bei Sick durchlaufen Outdoor-Sensoren von der Entwicklung bis zur Endabnahme eine Vielzahl eigener umweltbezogener Test- und Simulationseinrichtungen. Im OTC finden auf einer Fläche von etwa 3.500 m2 umfangreiche Tests im Freigelände statt. Die Aufzeichnung und Auswertung von Sensorparametern erfolgt rund um die Uhr. Insgesamt werden durch einen mobilen Versuchsträger und stationäre Installationen mehr als ein halbes Dutzend Themenbereiche abgedeckt. Hierzu gehören unter anderem die Outdoor-Navigation und 3D-Kollisionswarnung für mobile Maschinen, Sicherheitslösungen für Bahnhöfe und den Schienenverkehr, Detektionslösungen für Straßenverkehrssysteme oder Dauerlauftests von sicherheitszertifizierten Sensoren und LiDAR- und Radarsensoren.

* Michael Badeja, Product Manager Safety Laser Scanner, Global Business Center Industrial Safety, Sick

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