Растущая сеть производственных систем в компаниях Индустрии 4.0 стимулирует взаимодействие людей и машин. Тенденция к промышленным роботам, которые работают без защитных барьеров. Условие сотрудничества: люди никогда не должны подвергаться опасности. Именно в этом и заключается ахиллесова пята сотрудничества человека и робота: лазерные сканеры отслеживают опасную зону и останавливают машину, как только в нее входит человек. Однако при изменении условий освещения оптические датчики не всегда достигают надежных результатов. Они также не работают, если дым, пыль или туман мешают обзору.
Определить расстояние, положение и скорость
Исследователи из Института прикладной физики твердого тела им. Фраунгофера IAF разработали компактный модульный 360-градусный радарный сканер, который превосходит оптические датчики в этих аспектах. Поэтому он предназначен для приложений безопасности в совместной работе человека и машины. Радар работает с миллиметровыми волнами, которые отражаются наблюдаемыми объектами, например людьми. Сигналы передачи и приема обрабатываются и оцениваются с использованием численных алгоритмов. На основании расчета можно определить расстояние и положение, а также скорость движения объектов. Если вы используете несколько радаров, вы даже можете определить положение в пространстве и направление, в котором они движутся.
Картинная галерея
«Наш радар не фокусируется на одной точке, но передает миллиметровые волны в форме клюшки. В отличие от лазерного сканера, сигналы отражаются даже при наличии нарушений зрения », - объясняет Кристиан Зех, ученый из IAF. Лазерный сканер правильно измеряет расстояния и положения только в том случае, если цель, то есть человек, работает визуально незамеченной. Поскольку 360-градусный радар IAF также передает материалы, которые не являются оптически прозрачными, он обнаруживает сотрудников, даже если они находятся за ящиками, картонными стенами или другими препятствиями.
Дополнительную информацию о миллиметровых волнах исследуют картон, текстиль и т. Д.
Глядя сквозь картон или пластик - человеческий глаз не может этого сделать. То, что скрыто от нас, становится видимым с помощью радара из Института прикладной физики твердого тела им. Фраунгофера IAF: система работает с миллиметровыми волнами на частоте 94 ГГц и шириной полосы 15 ГГц. В отличие от лазерных сканеров или оптических датчиков миллиметровые волны освещают все диэлектрические и, следовательно, оптически непрозрачные материалы, такие как одежда, пластиковые пластины, бумага, а также пыль, дождь, снег и туман.
Поэтому небольшие объекты могут быть обнаружены в нескольких километрах в диапазоне W, в диапазоне частот от 75 до 110 ГГц, даже в сложных условиях видимости. Чем выше частота и ширина полосы, тем лучше пространственное разрешение. Особенность системы: она захватывает и визуализирует 360-градусный обзор окрестностей. Это делает сканер пригодным для широкого спектра применений - от охраны зоны и контроля доступа до промышленных датчиков, логистики и безопасности полетов до неразрушающего контроля материалов.
Технология высокочастотных плат для недорогих систем
Предыдущие радарные системы миллиметрового диапазона - основанные на волноводах - дороги, большие и тяжелые. Сканер IAF имеет диаметр всего 20 см и высоту 70 см. В основе устройства - высокочастотный модуль с полупроводниковой технологией арсенида индия-галлия, который не больше, чем коробка для сигарет. «В настоящее время в миллиметровых приложениях преобладают волноводы, которые чрезвычайно дороги в изготовлении. Благодаря рентабельной технологии сборки и подключения и специально разработанным печатным платам мы смогли заменить волновод и интегрировать высокочастотный модуль в плату 78 x 42 мм x 28 мм », - говорит Цех. Высокочастотный модуль, сердце радиолокационного сканера,Исследователи МАФ разработали в тесном сотрудничестве с Институтом Фраунгофера по надежности и микроинтеграции IZM, а также по технологии производства и автоматизации IPA.
В дополнение к сигнальному процессору полная система включает в себя передающую и приемную антенны с диэлектриком, то есть электрически непроводящей линзой. Вращающееся зеркало, прикрепленное под углом 45 градусов, отклоняет миллиметровые волны, пропускает их и охватывает всю комнату. Используя диэлектрическую антенну, угол раскрытия можно свободно регулировать, чтобы можно было обнаружить небольшие объекты сантиметрового размера в непосредственной близости, а также большие отдаленные области. Дальность действия системы зависит от области применения и может достигать нескольких сотен метров. Сканер имеет интерфейс Ethernet и поэтому хорошо подготовлен для сетей Industry 4.0.
Чтобы проверить точность измерения и надежность 360-градусного радара, исследователи провели сотни измерений в лаборатории. Максимальное отклонение от среднего составляет менее одного микрометра, стандартное отклонение составляет 0,3 мкм. (JV)