O+P Fluidtechnik 5/2023

SENSOREN PROZESSDATEN

SENSOREN PROZESSDATEN ALS GRUNDLAGE FÜR MEHR EFFIZIENZ UND LEISTUNG FMCW-RADAR IN MOBILEN MASCHINEN Die FMCW-Lösung zeichnet sich durch eine kleine Aufbauhöhe von 15 mm gepaart mit einem großen Blickwinkel aus Auch an mobile Maschinen werden Anforderungen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und Ressourceneffizienz gestellt. Zur Bewertung ihres Arbeitsergebnisses und gegebenenfalls Erarbeitung von Optimierungsmaßnahmen werden Prozessdaten benötigt, die die Sensorlösung FMCW-Radar von Pulsotronic selbst bei rausten Umgebungsbedingungen liefert. MOBILE MASCHINEN In den Industrienationen sind mobile Maschinen schon seit Jahren ein fester Bestandteil des täglichen Arbeitslebens – seien es Baumaschinen (zum Beispiel Planierraupen oder Bagger), landwirtschaftliche Maschinen (beispielsweise Traktoren oder Mähdrescher) oder Maschinen der Intralogistik (Gabelstapler). Die steigende Prozesskomplexität ebenso wie sich ändernde regulatorische Vorgaben erhöhen die Anforderungen an mobile Maschinen beträchtlich. Darüber hinaus wird von ihnen ein nachhaltigeres Wirtschaften sowie eine verbesserte Nutzung der Ressourcen verlangt, was zu neuen, innovativen Lösungen führt. In ihrer Gesamtheit lassen sich die stetig wachsenden Anforderungen nur durch eine steigende Automatisierung bis hin zur Autonomie bewältigen. Andernfalls wären der/die Maschinenführer(in) überfordert und würden das langsamste und meist fehleranfälligste Glied in der Prozesskette darstellen. Dr. Matthias Sachse, Leiter Entwicklung, und Raoul Scheidhauer, Leiter Vertrieb, beide Pulsotronic GmbH & Co. KG, Niederdorf Schon heute ermittelt eine Vielzahl von mobilen Maschinen Informationen wie den Füllstand, Abstand sowie die Geschwindigkeit und Position und stellt die Daten dann dem/der Maschinenführer(in) zur Verfügung, um eine faktenbasierte Entscheidung zu ermöglichen. Eine weitere Automatisierung der Arbeitsabläufe sowie die Einführung schneller, lediglich durch Automation steuer- oder regelbarer Abläufe erfordern eine noch vielfältigere Erfassung der Prozessdaten. Die dafür notwendige Sensorik muss genauer, vernetzter und robuster werden. Zudem wird die Fusion von Sensordaten weiter an Bedeutung gewinnen. BEREITSTELLUNG PRÄZISER POSITIONSDATEN Mit dem FMCW-Radar trägt Pulsotronic zur Lösung dieser sensorischen Herausforderungen bei. Die Abkürzung FMCW steht für frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (frequency modulated continuous wave radar). Diese Art von Radar sendet kontinuierlich ein elektromagnetisches Signal mit geringer Leistung aus, dessen Frequenz mit der Zeit ansteigt. Die Reflexionen des Signals werden anschließend aufgenommen und analysiert. So las- 42 O+P Fluidtechnik 2023/05 www.oup-fluidtechnik.de

fsg-sensors.de Darstellung der Datenverarbeitungskette im Sensor sen sich die Entfernung und Geschwindigkeit des jeweiligen Ziels bestimmen. Durch die Verwendung mehrerer Sende- und Empfangsantennen kann sogar zwischen mehreren Zielen unterschieden sowie Informationen – beispielsweise Position, Signalstärke und Geschwindigkeit – über jedes einzelne Ziel geliefert werden. In der einfachen Ausbaustufe misst das FMCW-Radar die Entfernung zu einem (nächsten) Hindernis. Höhere Softwareausbaustufen erlauben eine detailliertere Datenerfassung bis hin zur Arbeitsraumüberwachung mobiler Maschinen. Die FMCW- Technologie stellt genaue Abstands-, Geschwindigkeits- und Relativpositionen bereit, sodass die Maschine in ihrer Nähe befindliche Objekte erkennt, klassifiziert und entsprechend reagiert. Auf diese Weise reduziert sich das Risiko von Kollisionen und die Sicherheit der Maschine und ihrer Umgebung erhöht sich. Das erweist sich insbesondere in Lagerhäusern und Distributionszentren als nützlich, die durch eine überfüllte und sich schnell ändernde Umgebung gekennzeichnet sind. In ähnlicher Weise lässt sich das FMCW-Radar in landwirtschaftlichen Maschinen einsetzen, um Hindernisse und Gefahren zu detektieren. Ferner erhält der Fahrer respektive die Maschinenlogik Unterstützung beim Treffen fundierter Entscheidungen sowie der Vermeidung potenzieller Unfälle. Als Beispiele im landwirtschaftlichen Umfeld seien das Rückwärtsfahren, Wenden mit großen Anhängern oder das Erfassen von Überlandleitungen angeführt. RESISTENZ GEGEN EXTREME UMGEBUNGSBEDINGUNGEN Mobile Maschinen, wie Gabelstapler und landwirtschaftliche Maschinen, werden häufig in rauen Umgebungen sowie unter schwierigen Betriebsbedingungen genutzt. Daher dürfen eisige Temperaturen, tropische Umgebungen, starke Vibrationen sowie Stöße und Schmutz die Sensoren nicht beeinträchtigen. An dieser Stelle bietet die FMCW-Technologie entscheidende Vorteile, denn sie kommt ohne bewegliche Teile aus. Außerdem widersteht das FMCW-Radar extremen Temperaturen, Feuchtigkeit und Vibrationen. Deshalb eignet sich der Sensor bestens für die Verwendung in rauen Umgebungen, in denen herkömmliche Sensoren den Bedingungen nicht standhalten können. Darüber hinaus funktioniert das FMCW-Radar unabhängig vom vorhandenen Umgebungslicht. Das Gerät von Pulsotronic zeichnet sich ferner durch eine geringe Bauhöhe von nur 15 mm aus. Je nach Material kann es auch hinter Kunststoff verbaut werden, um spezielle Designanforderungen zu erfüllen. Aufgrund dieser Eigenschaften lässt sich das FMCW-Radar sowohl in neue ebenso wie bestehende Maschinen integrieren. Trotz der geringen Bauhöhe arbeitet der Sensor in einem großen Winkelbereich von +-60 °. Die Radartechnologie gilt allgemein als aufwendig in der anwenderspezifischen Applikation. Pulsotronic setzt an diesem Punkt an und stellt ein Software-Framework zur Verfügung, das die individuelle Anpassung durch die Datenaufnahme und -auswertung unterstützt und beschleunigt. Mit dem Python-basierten Framework können die aufgezeichneten Daten zusätzlich durch verschiedene Algorithmen verarbeitet werden. Dieser vereinfachte „Software-in-the-Loop“-Ansatz erlaubt ein Rapid Prototyping bis hin zur Einbindung kundenspezifischer Bibliotheken. Weitere Funktionen – zum Beispiel eine automatische Kalibrierung oder die Eliminierung von statischen Hindernissen – tragen ebenfalls zur schnellen Umsetzung von Applikationen bei. So lässt sich beispielsweise die Überlagerung des Sensorsignals durch konstruktionsbedingte Blechteile im Erfassungsbereich des Sensors reduzieren und damit die Notwendigkeit einer konstruktiven Adaption des Bauraums verhindern. LIGHTS ON FSG bringt mit einer weiteren Innovation Licht ins Dunkel Zwei in Einem - FSG kombiniert Windmesser und Gefahrenfeuer in einem System. Diese einzigartige Zusammenstellung garantiert präzise Windmesswerte und optimale Lichtstreuung des Gefahrenfeuers. Das redundante Licht-Konzept (mit max. 2000cd) erfüllt alle Anforderungen der AVV für Gefahrenfeuer und bildet somit die perfekte Ergänzung zum FSG Windmesser mit integriertem Hindernisfeuer. NEW Bilder: Aufmacher: bbernard/Shutterstock.com, Pulsotronic; Bild: Pulsotronic www.pulsotronic.de