Mit dem sicheren Radarsystem ‚LBK‘ hat Leuze ein Sensorsystem in das Portfolio aufgenommen, das ein neues Funktionsprinzip in der Sicherheitstechnik umsetzt. Die genutzte Radar-Technologie ist beispielsweise aus der Ortung von Flugzeugen oder Schiffen bekannt. Hersteller des 3D-Systems ist das in Italien ansässige Unternehmen Inxpect S.p.A.

Das System arbeitet in einem Frequenzbereich von 24 GHz. Das heißt, die elektromagnetischen Wellen sind viel kürzer als Schallwellen. Im Gegensatz zu Licht können die Radarwellen nicht-metallische Objekte durchdringen. Die Funktionsweise ist simpel: Die Sensoren mit ihren integrierten Antennen senden elektromagnetische Wellen aus, die an Objekten reflektiert werden. Die Sensoren empfangen diese Reflektionen und werten sie anschließend aus. Für das Personal sind die elektromagnetischen Wellen des Radarsystems völlig unbedenklich.

Neue Applikationen lösbar

Werden die Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen im Radar-Frequenzbereich in Sensoren genutzt, lassen sich auch Applikationen lösen, die mit optischen Sensoren bislang nur unzuverlässig gelöst werden konnten. So werden etwa nicht-metallische Objekte wie Staub, Schweißfunken oder Späne durchdrungen, ohne dass der Sensor beeinflusst wird. Dadurch eignet sich das System insbesondere für Applikationen in rauen Umgebungen, beispielsweise bei der Verarbeitung von Holz oder Kunststoff. In diesen Bereichen entstehen klassischerweise sehr viele Partikel, die dann in der Luft schweben. Das ‚LBK‘ bleibt davon jedoch in seiner Aufgabe, eine Person zu erkennen und diese zu schützen, unbeeinflusst. Selbst wenn Radarwellen diese Partikel durchdringen, reflektieren sie doch einen kleinen Teil der Wellen. Da sich die Menge der von einer Person reflektierten Radarwellen wesentlich von der von Holzspänen oder Feuchtigkeit unterscheidet, kann das Radarsystem erkennen, ob es sich bei der Reflektion um einen Menschen oder um nicht-metallische Partikel handelt. Bei einer Person schaltet das System sicher ab. Der LBK-Sensor strahlt seine Radarwellen in einen dreidimensionalen Raum aus, sodass nicht nur seine Fläche, sondern sein Volumen überwacht wird. Somit werden Personen, die einen gefährlichen Bereich betreten oder sich in diesem aufhalten, unabhängig davon erkannt, ob sie stehen, knien oder liegen.

Erkennen menschliche Bewegungen

Das sichere Radarsystem ‚LBK‘ ermöglicht die 3D-Bereichsüberwachung in rauen Umgebungen und unterscheidet zuverlässig zwischen statischen und dynamischen Objekten.

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Das 3D-Radarsystem arbeitet jedoch nicht nur in einem für die Sicherheitstechnik neuen Wellenlängenbereich. Es verwendet mit FMCW zudem ein in der Sicherheitstechnik neues Funktionsprinzip. FMCW steht für Frequency Modulated Continuous Wave.
Dabei verändert sich die Sendefrequenz innerhalb einer definierten Bandbreite. Beginnend bei einer Grundfrequenz steigt sie kontinuierlich an bis zu einer maximalen Frequenz und kehrt dann wieder zur Grundfrequenz zurück. Reflektiert eine Person dieses Signal, erreicht es den Empfänger zeitversetzt. Durch eine Subtraktion des Empfangssignals vom Sendesignal ergibt sich eine Differenzfrequenz. Bleibt die Entfernung zwischen dem Sensor und der Person gleich, behält auch die Differenzfrequenz ihren Wert bei. Bewegt sich die Person hingegen, verändert sich der Zeitversatz zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal – und damit auch die Differenzfrequenz. Je schneller sich die Person bewegt, desto stärker ändert sich die Differenzfrequenz. Auf diese Weise kann der Sensor die Geschwindigkeit der Person bestimmen.

Exakte Bestimmung von Bewegungen

Mit diesem Verfahren – auch Radar-Doppler genannt – lassen sich Bewegungen sehr genau bestimmen. Der Sensor detektiert somit nicht nur eine sich bewegende Person, sondern auch eine gerade Stillstehende. Denn selbst wenn eine Person stillsteht, ist sie niemals komplett starr, sondern immer in Bewegung, etwa durch Puls- und Herzschlag. Dies nutzt der Radarsensor aus, um eine Person in einem Gefahrenbereich von einem statischen Objekt wie beispielsweise einer Palette oder einem Materialbehälter sicher zu unterscheiden. Die geringen Bewegungen einer Person genügen, um ein sicheres Abschaltsignal für die Maschine zu erzeugen. Somit unterbricht das System den Betriebsprozess nur dann, wenn sich tatsächlich jemand im Gefahrenbereich aufhält. Zum Beispiel komplett statische, bewegungslose Materialbehälter können im Schutzbereich stehen gelassen werden, ohne dass sie zu einer Prozessunterbrechung führen. So vermeidet das LBK-System unnötige Stillstandzeiten und erhöht damit die Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Anlage. Auf der anderen Seite läuft die Maschine aber erst dann wieder an, wenn alle Personen den Gefahrenbereich verlassen.

Einfache Installation

Rolf Brunner ist Senior Safety Expert bei Leuze electronic in Owen.

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Zusätzlich zum Einsatz in rauen Umgebungen kommt das sichere Radarsystem vor allem beim Schutz vor ungewolltem Wiederanlauf und zur Überwachung nicht einsehbarer Bereiche zum Einsatz. Anwender können es individuell an ihre Anforderungen anpassen. Das System besteht aus einem Controller, an den maximal sechs Radarsensoren angeschlossen werden können. Durch die Positionierung der Sensoren, die einstellbare Reichweite sowie den wählbaren Öffnungswinkel lässt sich der überwachte Bereich dem Gefahrenbereich flexibel anpassen. Ergo können auch Bereiche an Stufen oder Sockeln zuverlässig überwacht werden. Systemparameter können Anwender über die einfach bedienbare Konfigurationssoftware festlegen. Projektierung und Inbetriebnahme übernehmen auf Wunsch zertifizierte Safety-Experten von Leuze.