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Industrielle Bildverarbeitung Wie ein 3D-Kamerasystem herkömmliche Sicherheitssensoren ablöst

| Autor / Redakteur: Franz Duregger* / Ines Stotz

Ein österreichisches Start-up hat die sichere Raumüberwachung im Industrieumfeld neu gedacht – und das 3D-basierte Kameraverfahren Time of Flight (ToF) erstmals für die Safety-Zulassung vorgestellt.

Spotguard, Produkt aus Hard- & Software, überwacht frei definierbare Räume – das kann zum Beispiel ein Schutzbereich rund um einen Roboterarbeitsplatz sein.
Spotguard, Produkt aus Hard- & Software, überwacht frei definierbare Räume – das kann zum Beispiel ein Schutzbereich rund um einen Roboterarbeitsplatz sein.
(Bild: Tofmotion)

Im Vergleich zu Laserscannern, Mono-/ Stereo-3D und Radar-Technologie ist ToF die schnellere, günstigere und robustere Technologie und liefert eine deutlich bessere Datenqualität. Maschinen können mit den vom Start-up Tofmotion entwickelten Kameras ihre Umgebung räumlich zu erfassen, selbstständig zu bewerten und autonom handeln.

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Die neue Produktgruppe Tofguard basiert auf den Outdoor-Kameras TFM IC5, die das Unternehmen nun für Sicherheits-Applikationen weiterentwickelt hat: Die ToF (Flash Lidar)-Kameras sind zertifiziert und zugelassen nach EN 13849 Maschinensicherheit (Performance Level D) und EN 62061 Funktionale Sicherheit (SIL 2, Cat.). Mit einer Bildrate von bis zu 100 fps sind die 3D-Kameras mit QVGA-Auflösung überdurchschnittlich schnell. „Das bedeutet einhundert Mal schneller als herkömmliche Sicherheitssensoren“, sagt Dr. Christian Neufeld, CEO und Mitbegründer von Tofmotion.

Alle Bilder werden mittels Onboard-Prozessor sofort verarbeitet und die daraus abgeleiteten Informationen direkt an Steuerungen weitergegeben. „Der Datentransfer bleibt so schlank wie möglich – aus gutem Grund: Schließlich resultiert eine schnelle Kamera in kurzen Reaktionszeiten, was wiederum eine erhöhte Sicherheit bedeutet“, erklärt Dr. Neufeld. Autonome Transportsysteme würden somit um ein Vielfaches schneller fahren, die Geschwindigkeit von Robotern werde nicht durch langsame Sensoren eingeschränkt. Insgesamt profitieren die Anwender von einer deutlichen Produktivitätssteigerung.

Robuste Kameras für den Outdoor-Bereich

Die störsichere Erfassung von Objekten erfolgt über Infrarot-Laser, die sich von ungünstigen Schatten, geringen Kontrasten und selbst von extremen Lichtverhältnissen nicht beeinträchtigen lassen: Die Kamera funktioniert sowohl in dunklen Produktionsumgebungen als auch in der grellen Sommersonne zuverlässig. Die optische Leistung lässt sich im Bereich von 0...16 W flexibel an die Lichtverhältnisse anpassen, wobei stets die Laserklasse 1 und somit Augensicherheit gewährleistet ist. Der Arbeitsbereich von 0,05...10 m ermöglicht es, sowohl sehr nahe als auch weit entfernte Objekte zu erkennen.

Die industrietauglichen Kameras sind robust und dank ihrer Stoßfestigkeit und einem erweiterten Temperaturbereich von -45...+85 °C für den Außenbereich konzipiert. Das Gehäuse aus Aluminium und PMMA-Front erfüllt die Schutzart IP 65. Die kompakte Bauweise und das geringe Gewicht von 650 g erlauben eine Integration auch in engen Bauräumen und möglichst leichten Konstruktionen. Weil es in der Kamera keine beweglichen Teile gibt, ist keine mechanische Wartung nötig.

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Kameras sind leicht implementierbar

Die 3D-Kameras lassen sich per Plug & Play in Betrieb nehmen. Durch ein einfach nutzbares Software-Development-Kit lassen sich die Kamerasysteme leicht implementieren und in die Softwareumgebung des Kunden integrieren. Sie verfügen über eine Ethernet- und drei OSSD-Schnittstellen, weitere Anbindungen lassen sich auf Anfrage realisieren. Kunden können die vom Hersteller entwickelten Software-Pakete nutzen oder ihre eigene Applikationssoftware einsetzen. Tofmotion bietet Anwendungsschnittstellen zu ROS, C++, Python, SDK, Octave und Matlab. So lassen sich die Systeme innerhalb kürzester Zeit operativ nutzen.

Software-Pakete für verschiedene Anwendungen

Tofguard ist grundlegend als Safety-zertifizierte Kamera für Industrieanwendungen ohne spezifische Vorkonfiguration voraussichtlich ab Juni erhältlich, darüber hinaus bieten die Österreicher die Kameras auch inklusive passender Software für definierte Einsatzbereiche an. So entstehen Lösungen, die Interaktion und Autonomie in industriellen Einsatzbereichen ermöglichen.

In Produktionsumgebungen, der Robotik, der Logistik und in der Automatisierungstechnik gewährleisten die Produkte Sicherheit für Mensch und Maschine. Laut Dr. Christian Neufeld übertreffen sie dabei die Funktionalität von Sicherheitssensoren: „Während einstrahlige Sensoren die Umgebung immer nur punktuell und sequentiell abtasten, erfassen unsere 3D-Kameras den kompletten Arbeitsbereich mit jedem Bild.“

Arbeitssicherheit und Kollisionsvermeidung

Im ersten Schritt wird Spotguard, das Produkt aus Hard- & Software, verfügbar sein: Hier überwacht die Kamera einen frei definierbaren Raum. Das kann zum Beispiel ein Schutzbereich rund um einen Roboterarbeitsplatz sein. Nähert sich ein Mensch oder ein Objekt und verletzt definierte Gefährdungs- bzw. Überwachungsräume, löst die OSSD-Schnittstelle der Kamera eine entsprechende Reaktion im Maschinencontroller aus. Die Kamera übernimmt damit definierte Sicherheitsaufgaben und schützt Menschen und Maschinen gegen Kollision. Dr. Christian Neufeld: „Im Vergleich zu herkömmlichen Sicherheitssensoren profitieren Anwender nicht nur von überlegener Funktionalität und Effizienz, sondern auch von deutlichen Kostensenkungen.“

Die Einsatzmöglichkeiten sind damit aber noch bei Weitem nicht erschöpft. Tofmotion hat bereits ein weiteres Produkt für den Einsatz für automatisiertes Fahren in FTS (Fahrerlose Transportsysteme) angekündigt. Darüber hinaus bietet das Unternehmen umfassende Feasability Studies, Consulting und Application Services an, um Kunden das Potenzial dieser neuesten Safety-Technologie für eigene branchenspezifische Anwendungen rasch verfügbar zu machen.

Anwendertreff Maschinensicherheit

Die Maschinensicherheit ist ein wichtiges Thema: Die richtigen Normen müssen berücksichtigt und die Anforderungen der Maschinenrichtlinie müssen eingehalten werden. Der Anwendertreff Mascinensicherheit unterstützt Entwickler und Konstrukteure, die funktionale Sicherheit von Maschinen und Anlagen zu gewährleisten.

Mehr Infos

* Franz Duregger, Chief Sales Officer, Tofmotion

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