Fraunhofer /Hannover Messe/ Sensor+Test Rundumblick mit Radar für Industrie 4.0

Das Radarmodul hat die Größe einer Zigarettenschachtel.
Das Radarmodul hat die Größe einer Zigarettenschachtel.

Sicherheits-Laserscanner sichern Gefahrenbereiche. Optischen Sensoren sind jedoch Grenzen gesetzt, z. B. bei Kunststoffplatten, Staub oder Rauch. Der Hochfrequenz-Radarscanner von Fraunhofer durchdringt diese Hindernisse. Der Clou: Er erfasst die Umgebung im 360-Grad-Radius.

Durch die zunehmende Vernetzung von Produktionssystemen in intelligenten Industrie-4.0-Betrieben interagieren Mensch und Maschine häufiger miteinander. Der Trend geht hin zu Industrierobotern, die ohne Schutzabsperrung betrieben werden. Der Mensch darf jedoch in diesem neuen Arbeitsumfeld zu keinem Zeitpunkt gefährdet sein.

Achillesferse der Mensch-Roboter-Kollaboration

Laserscanner überwachen den Gefahrenbereich und stoppen die Maschine, sobald ein Mensch diesen betritt. Doch unter wechselnden Lichtbedingungen erzielen die optischen Sensoren nicht immer zuverlässige Ergebnisse. Auch funktionieren sie nicht, wenn Rauch, Staub oder Nebel die Sicht behindern.

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) hat einen kompakten, modular-aufgebauten 360-Grad-Radarscanner entwickelt. Er ist optischen Sensoren überlegen. Für Sicherheitsanwendungen in der Mensch-Maschine-Kollaboration ist der Radarscanner laut IAF prädestiniert. Das Radar arbeitet mit Millimeterwellen. Die ausgestrahlten Wellen werden von den beobachteten Objekten, z. B. von Personen, reflektiert. Das Sende- und Empfangssignal wird mithilfe numerischer Algorithmen verarbeitet und ausgewertet. Anhand der Berechnung lassen sich sowohl Entfernung und Position, als auch die Geschwindigkeit der Objekte ermitteln. Setzt man mehrere Radare ein, lässt sich sogar die Lage im Raum bestimmen, und die Richtung, in die sich die Objekte bewegen.

"Unser Radar fokussiert nicht auf einen Punkt, sondern sendet die Millimeterwellen keulenförmig aus. Anders als beim Laserscanner werden die Signale selbst dann reflektiert, wenn optische Sichtbehinderungen bestehen", erklärt Christian Zech, Wissenschaftler am IAF.

Der Laserscanner misst Abstände und Positionen nur dann korrekt, wenn das Ziel (Mensch) optisch unverdeckt arbeitet. Da das 360-Grad-Radar des IAF auch optisch nicht transparente Materialien durchstrahlt, erkennt es Mitarbeiter selbst dann, wenn sie sich hinter Kisten, Pappwänden oder anderen Hindernissen befinden.

Millimeterwellen durchleuchten Pappe

Durch Pappe oder Kunststoff schauen - das gelingt dem menschlichen Auge nicht; jedoch dem Radar von Fraunhofer IAF: Das System arbeitet mit Millimeterwellen bei 94 GHz und einer Bandbreite von 15 GHz. Im Gegensatz zu Laserscannern beziehungsweise optischen Sensoren durchleuchten Millimeterwellen alle dielektrischen und somit optisch nicht transparenten Stoffe wie Kleidung, Kunststoffplatten, Papier, Staub, Regen, Schnee und Nebel.