Innovativer 3D-Mehrlagenscanner ...

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zur Kollisionsvermeidung,
Navigationsunterstützung und Ladungserkennung

Innovativer 3D-Mehrlagenscanner ...
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06.12.2019 | Der Mehrlagenscanner R2300 von Pepperl+Fuchs ermöglicht die wirtschaftliche Umsetzung von 3D-Detektionsaufgaben in der Intralogistik. Seine insgesamt vier Scanebenen, der feine Laser-Lichtfleck sowie die für Sensoren dieser Art unerreicht feine Winkelauflösung von 0,1° ermöglichen es, die Position von Objekten mit hoher Präzision zu erkennen, um damit Fahrzeuge vor Kollisionen zu schützen, Navigationsaufgaben zu unterstützen, Ladehilfsmittel und Robotikanwendungen mit Sehvermögen auszustatten.

  • Mehrlagenscanner R2300 zur 3D-Objektdetektion in Intralogistik- und Robotikanwendungen
  • Sensorlösung zur Kollisionsvermeidung, Navigationsunterstützung und Ladungserkennung
  • Feinste Winkelauflösung seiner Klasse, anpassbares Sichtfeld
  • Platzsparende Bauform besonders geeignet für AMR und kompakte AGV
  • Pulse Ranging Technologie gewährleistet präzise Messergebnisse
  • Sensoraufbau vermeidet „optischen Kurzschluss“
  • Pilotlaser vereinfacht Ausrichtung und Inbetriebnahme
  • Messwertausgabe als Rohdaten über EtherNet-Schnittstelle
  • Wirtschaftlich in der Anschaffung, Klassenbester in der Applikation
Mit seiner kompakten Baugrösse und seinem anpassbaren Überwachungsfeld löst der R2300 Applikationen der mobilen Intralogistik auf technisch und wirtschaftlich effiziente Weise.             
                                                         

Der R2300 von Pepperl+Fuchs ist ein 3D-LiDAR-Sensor (Light Detection And Ranging) zur optischen Winkel- und Abstandsmessung. Der Mehrlagenscanner erzeugt vier leicht gefächerte Scanebenen, wodurch eine berührungslose 3D-Abtastung des Umfeldes erreicht wird. Im Vergleich mit 2D-Sensoren, die nur über eine Scanebene verfügen, stellt der R2300 entscheidend mehr Informationen zur Verfügung und erreicht dadurch eine höhere Detektionszuverlässigkeit. Dies wiederum ist die Voraussetzung, um wichtige Herausforderungen in der modernen Intralogistik zu meistern – unter anderem die Fahrweg- und Rückraumüberwachung an Fahrzeugen, die Navigation Fahrerloser Transportsysteme (FTS), Shuttles und Plattformen anhand von baulichen und sonstigen vorhandenen Landmarken in der Einsatzumgebung, die Bewegungssteuerung von Robotern oder das Erkennen, Lokalisieren und Klassifizieren von logistischen Objekten.

Kompakte Bauform, feine Winkelauflösung, grosse Leistungsdichte
In einer Zeit, in der auch in der Intralogistik Themen wie Miniaturisierung und geringstmöglicher Footprint zu den Kernanforderungen an stationäre und mobile Maschinen gehören, gelten diese Herausforderungen auch für Systemkomponenten wie beispielsweise Sensoren. Die kompakte Bauform des R2300 bietet das geforderte, hohe Mass an Platzeffizienz. Das macht den Mehrlagenscanner nicht nur für klassische Flurförderzeuge wie FTS oder Stapler interessant, sondern auch für den boomenden Markt von Autonomous Mobile Robots (AMR) und anderen, autonomen Kleinfahrzeugen. Hier ist Montageplatz aufgrund des oftmals extrem flachen Fahrzeugrahmens besondere Mangelware. Gut also, dass der R2300 gerade einmal 58 Millimeter hoch ist und dabei dennoch eine besondere sensortechnische Leistungsdichte für eine präzise Winkel- und Distanzmessung bietet. Hervorzuheben ist die kleine – und damit feine – Winkelauflösung von nur 0,1°, wie sie derzeit kein anderer vergleichbarer LiDAR- oder Mehrlagensensor erreicht. In Verbindung mit dem Laser-typischen, kleinen Infrarot-Lichtfleck, der sich – obwohl unsichtbar – scharfkantig auf dem Objekt abbildet, ist der R2300 in der Lage, auch filigrane Objektstrukturen und Konturen zuverlässig zu erkennen. Der Sensor erreicht dadurch eine sehr gute Genauigkeit, die beispielsweise ein sicheres Greifen durch Roboter oder ein kollisionsfreies Andocken von autonomen Fahrzeugen auch bei beengten Platzverhältnissen ermöglicht.

Höchstmögliche Verschmutzungstoleranz durch Trennung von Sender und Empfänger
Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal des R2300 im Markt der Mehrlagenscanner für die Intralogistik ist die mechanische Trennung von Sender und Empfänger innerhalb der Optikeinheit. Sie verhindert zuverlässig einen optischen Kurzschluss, der entstehen kann, wenn die Frontscheibe verschmutzt ist und einen Teil des emittierten Lichtes direkt auf das Empfangselement zurück reflektiert. In einem solchen Fall „erblindet“ ein Roboter – und auch Antikollisions- und Navigationslösungen verlieren ihr Sehvermögen. Bei Geräten ohne Sender-Empfänger-Trennung muss daher die Frontscheibe immer wieder gereinigt werden, um korrekte Messergebnisse sowie  eine hohe Detektionssicherheit des Sensors in der Applikation zu erreichen. Der R2300 ist demgegenüber sensorisch deutlich robuster, da mögliche Reflektionen von dem Trennelement im Sensorkopf abgeschirmt werden – mit der positiven Folge minimierter Stillstandszeiten, deutlich längerer Reinigungsintervalle und besserer Verfügbarkeit und Prozesssicherheit.

Sichtfeld modular erweiterbar
Der Mehrlagenscanner R2300 ist bewusst als wirtschaftlicher Einstieg in die 3D-Lidar-Welt konzipiert. Ein Messbereich von vier Meter auf schwarze Oberflächen und zehn Metern auf weisse Objekte, eine Messrate von 50 kHz, wählbare Scanraten von 12,5 oder 25 Hz mit bis zu 4.000 Pixeln pro Scan – der LiDAR-Sensor mit 3D-Funktionalität orientiert sich an den wesentlichen Anforderungen, wie sie Maschinenbauer, Integratoren, Betreiber und Applikationen an Sensoren zur Abstands- und Winkelerfassung stellen. Im Gegensatz zum „grossen Portfolio-Bruder“ R2000 verzichtet der R2300 auf eine 360°-Rundum-Optik, sondern wartet mit einem Messbereichs-Öffnungswinkel von 100° auf, wie er sich für die meisten Applikationen in der Intralogistik und Robotik als optimal erwiesen hat. Gleichzeitig erlaubt das optische Sensorkonzept eine flexible Anpassung des Messbereichs an die jeweilige Applikation. Zum einen kann durch gezieltes Ausblenden an den Aussenseiten des Detektionsfeldes ein individuelles Messfenster konfiguriert werden. Nicht relevante Messbereiche liefern somit keine Messdaten, was die Rechenaufwand im Sensor wie auch die Datenausgabelast reduziert und eine performantere Leistung nachgelagerter Applikationen ermöglicht. Zum anderen besteht die Möglichkeit mit einem zweiten, side-by-side montierten R2300 das Sichtfeld auf 180° zu vergrössern, sollten spezielle Randbedingungen von Applikationen dies erfordern. Das Sensorgehäuse ist durch entsprechende seitliche Schrägen hierfür bereits entsprechend vorbereitet.

Robust und langlebig, weil rotierende Elektronik fehlt
Unebene Bodenbeläge, Hallentore mit Führungsschienen im Boden, das Ein- und Ausfahren in Aufzüge, das Aufnehmen und Übergeben von Last – all dies erzeugt Stösse und Vibrationen an Fahrzeugen, die nahezu ungedämpft auch auf die Fahrzeugkomponenten wirken. Pepperl+Fuchs hat sich daher beim Sensorkonzept des R2300 für ein besonders robustes Innenleben entschieden, das eine hohe Langlebigkeit gewährleistet. Die Elektronik ist fest im Sensorkopf verbaut – die vier Scanebenen werden durch einen rotierenden Spiegelwürfel erzeugt, der den Laserstrahl entsprechend auffächert. Vergleichbare Sensoren mit rotierender Elektronik müssen diese durch entsprechende Massnahmen gegen Vibrationen schützen – was bei einem Spiegel deutlich einfacher ist und so zugleich auch ein kostengünstigeres Design des R2300 ermöglichte.

Sehr integrations- und inbetriebnahmefreundlich
Eine hohe Integrationsfreundlichkeit erreicht der R2300 zum einen durch seine kompaktes, platzsparendes Design, aber auch durch die Tatsache, dass er als einzelner Sensor eine 3D-Funktionalität bietet, für die sonst mehrere Sensoren – mit entsprechendem Platzbedarf und Verdrahtungsaufwand – erforderlich wären. Darüber hinaus kann auch jede der vier Lagen genutzt werden, um jeweils einzelne Objekte oder Zustände unabhängig voneinander zu detektieren. Unabhängig von der Aufgabenstellung erleichtert der integrierte Pilotleser bei der Inbetriebnahme die Ausrichtung des Sensors auf Flächen oder bestimmte Targets. Weitere Hilfsmittel sind nicht erforderlich – der rote, sichtbare Pilotlaser bildet den gleichen Scanverlauf ab wie der eigentliche Infrarot-Messlaser. Er wird zum Ausrichten zugeschaltet und ist nur während der Inbetriebnahme aktiv – in der Anwendung wird ausschliesslich der Messlaser zur Abstands- und Winkelbestimmung genutzt. Die Ausgabe der Messwerte für Winkel, Distanz und Remission sowie des Zeitstempels erfolgen über die Ethernet-Schnittstelle des Sensors – die Daten können so für eine Vielzahl von Automatisierungssystemen bereitgestellt werden.

Puls-Ranging-Technologie: überlegene Performance im rauen Umfeld
Der R2300 schreibt die Erfolgsgeschichte der Pulse Ranging Technology (PRT), die bereits in einer Vielzahl von Sensoren der Automatisierungstechnik zum Einsatz kommt, fort. Das direkte, von Pepperl+Fuchs entwickelte, Abstand-Messverfahren bietet eine Reihe von Vorteilen, unter anderem sichere und höchst präzise Messungen auf Distanzen von wenigen Zentimetern bis zu mehreren hundert Metern, höchste Wiederholgenauigkeit und kurze Ansprechzeiten. Bei PRT-Sensoren wie dem R2300 sendet eine leistungsstarke Laserdiode in der "augensicheren" Schutzklasse 1 kurze, energiereiche Rotlicht- bzw. Infrarotlichtpulse aus, die vom Zielobjekt reflektiert und von einem Empfangselement im Sensor wieder erfasst werden. Aus der Dauer zwischen den Sende- und Empfangszeitpunkten ergibt sich die Entfernung zum Zielobjekt. Die Besonderheit dieses Verfahrens – und damit die Überlegenheit der PRT gegenüber indirekten Verfahren mit permanent sendenden Lichtquellen – liegt in dem bis zu 1.000-mal höheren Energiegehalt des Einzelpulses. Hieraus resultieren unter anderem grosse Messbereiche, hohe Arbeitsabstände und Funktionsreserven, eine aussergewöhnliche Präzision und die weitgehende Unabhängigkeit von Objekt- und Oberflächeneigenschaften. Hinzu kommt ein Höchstmass an Störfestigkeit gegen Fremdlicht, HF-Lampen, beliebige Reflexionen aus dem Einsatzumfeld sowie Störimpulse z. B. durch Staub. Auch die gegenseitige Beeinflussung mehrerer Sensoren – sei es beispielsweise auf verschiedenen Fahrzeugen oder auch in der side-by-side-Montage – wird sicher vermieden. Gerade für die Zielapplikationen des R2300 in der Intralogistik und Robotik sind dies entscheidende Argumente, gewährleisten sie doch eine hohe Detektionssicherheit sowie Maschinen- und Fahrzeugverfügbarkeit.

R2300 in intralogistischen Anwendungen
Mehrlagenscannern wie dem R2300 eröffnen sich in der Intralogistik vielfältige Einsatzmöglichkeiten – stationär wie auch mobil. In automatisierten Hochregallagern gewährleisten die vier Scanebenen des LiDAR-Sensors sowie die sehr feine Winkelauflösung ein Höchstmass an Genauigkeit und Detektionssicherheit bei der Paletten- und Fachbelegt-Kontrolle – für jederzeitige Prozesssicherheit beim Ein- und Auslagern von Paletten und anderen Ladungsträgern. Bei Andockvorgängen von fahrerlosen Transportfahrzeugen oder AMR liefert der R2300 mit seinen vier Scanebenen Daten zur Lage und Position der Ladung und macht so das prozesssichere Andocken an Übergabestationen beherrschbar. Mit einer sehr präzisen Umfelderkennung und einer hohen Positioniergenauigkeit unterstützt der Mehrlagenscanner die Navigation von autonomen Fahrzeugen und ermöglicht zugleich einen zuverlässigen Schutz gegen Kollisionen. Letzteres gilt auch für von oben oder der Seite in den Fahrweg hineinragende Lasten, beispielsweise ein Kranhaken oder eine Palette, deren Ladung aus dem Regalfach in Richtung der Fahrgasse übersteht. Auch eine sichere Kolonnenfahrt mehrerer Fahrzeuge oder das Folgen einer natürlichen Person im sicheren Abstand lässt sich mit den Messdaten des R2300 realisieren. In der Robotik, beispielsweise beim Be- oder Entladen von Paletten, liefert der integrationsfreundliche und platzsparende One-Box-Sensor die für das sichere Greifen erforderlichen 3D-Messdaten, die von der Robotersteuerung in Positions- und Greifkoordinaten umgerechnet werden. Als Sensorlösung zur Fahrassistenz und Rückraumabsicherung an Staplerfahrzeugen hat der Sensor auch im toten Winkel des Fahrzeughecks alles im Blick.

LiDAR-Portfolio wächst mit seinen Aufgaben
Der R2300 ist die dritte Sensorbaureihe im LiDAR-Portfolio von Pepperl+Fuchs. Der 3D-Mehrlagenscanner schlägt die Brücke vom Mehrkanal-LED-Scanner R2100 für Basisapplikationen der zweidimensionalen Objekterkennung und Flächenüberwachung zum Long-Range-Laserscanner R2000 mit noch feinerer Winkelauflösung, einem Arbeitsabstand von bis zu 200 Metern und lückenloser 360°-Rundumsicht. Aber nicht allein das Portfolio wächst mit seinen Aufgaben – auch der R2300 wird in absehbarer Zeit zusätzliche Merkmale bieten. Geplant sind unter anderem eine schaltende Version des Sensors sowie weitere Anschlussoptionen, die sich durch das flexible Interfacemodul auf einfache und kostengünstige Weise integrieren lassen.

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