Mit dem sicheren Radarsystem LBK hat Leuze ein Sensorsystem im Portfolio, das ein neues Funktionsprinzip nutzt. Mit seiner Hilfe lassen sich auch Applikationen realisieren, die mit optischen Sensoren bislang nicht gelöst werden konnten – selbst in rauen Umgebungen wie bei Funken, Schmutz und Staub. Hersteller des sicheren 3D-Systems ist das in Italien ansässige Unternehmen Inxpect. Das LBK sichert Gefahrenbereiche in der Nähe von Maschinen und Anlagen ab, indem es eine Radar-Technologie nutzt, wie sie zum Beispiel von der Ortung von Flugzeugen oder Schiffen bekannt ist.

Das LBK-System arbeitet in einem Frequenzbereich von 24 GHz. Das bedeutet, dass die elektromagnetischen Wellen viel kürzer sind als Schall- oder Lichtwellen. Im Gegensatz zu Licht können die Radarwellen nicht-metallische Objekte durchdringen. Die kompakt aufgebauten Sensoren mit ihren integrierten Antennen senden elektromagnetische Wellen aus. Diese werden an Objekten reflektiert. Die Sensoren empfangen diese Reflektionen und werten sie anschließend aus. Die elektromagnetischen Wellen des Radarsystems LBK sind für das Personal unbedenklich.

Radarwellen detektieren trotz Partikel in der Luft

Nutzt man die Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen im Radar-Frequenzbereich in Sensoren, so lassen sich auch Applikationen lösen, die mit optischen Sensoren bislang nur unzuverlässig gelöst werden konnten. Auch nicht-metallische Objekte wie zum Beispiel Staub, Schweißfunken oder Späne werden durchdrungen, ohne dass der Sensor beeinflusst wird. Dadurch eignet sich das LBK-System vor allem für Applikationen in rauen Umgebungen, beispielsweise bei der Verarbeitung von Holz oder Kunststoff. Dort entstehen sehr viele Partikel, die in der Luft schweben. Das LBK wird dadurch in seiner Aufgabe, eine Person zu erkennen und diese zu schützen, nicht beeinflusst. 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 LBK erkennen, ob es sich bei der Reflektion um einen Menschen oder nicht-metallische Partikel handelt. Das heißt: Partikel in der Luft werden nicht erkannt, eine Person hingegen schon. So schaltet das Radarsystem bei einer Person sicher ab. Der LBK-Sensor strahlt seine Radarwellen in einen dreidimensionalen Raum aus, so dass nicht nur seine Fläche, sondern sein Volumen überwacht wird. Somit erkennt es Personen, die einen gefährlichen Bereich betreten oder sich in diesem aufhalten, unabhängig davon, ob sie stehen, knien oder liegen. 

FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave

Das 3D-Radarsystem LBK arbeitet einerseits in einem für die Sicherheitstechnik neuen Wellenlängenbereich, andererseits verwendet es mit FMCW auch 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 LBK-Sensor und der Person gleich, behält auch die Differenzfrequenz ihren Wert bei. Bewegt sich hingegen die Person, verändert sich der Zeitversatz zwischen dem gesendeten und empfangenen Signal – und damit auch die Differenzfrequenz. Je schneller sich die Person bewegt, desto stärker ändert sich die Differenzfrequenz. Auf diese Weise kann der LBK-Sensor die Geschwindigkeit der Person bestimmen.

Exakte Bestimmung von Bewegungen

Mit diesem Verfahren, das auch Radar-Doppler genannt wird, lassen sich Bewegungen sehr genau bestimmen. Der LBK-Sensor detektiert somit nicht nur eine sich bewegende Person, sondern auch eine, die gerade stillsteht, selbst wenn dann die Bewegung gering ist. Denn selbst wenn eine Person stillsteht, ist sie immer ein wenig in Bewegung, sei es durch Puls- und Herzschlag usw. Das nutzt der LBK-Sensor aus, um eine Person in einem Gefahrenbereich von einem statischen Objekt wie beispielsweise einer Palette oder einem Materialbehälter zu unterscheiden. Die geringen Bewegungen einer Person reichen aus, um ein sicheres Abschaltsignal für die Maschine zu erzeugen. Dadurch unterbricht das Radarsystem 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 wieder verlassen haben und trägt damit zu einem zuverlässigen Personenschutz bei.

Flexibel im Einsatz, einfach in der Installation

Zusätzlich zum Einsatz in rauen Umgebungen kommt das sichere Radarsystem LBK vor allem beim Schutz vor ungewolltem Wiederanlauf und zur Überwachung nicht einsehbarer Bereiche zum Einsatz. Anwender können es an ihre Anforderungen individuell anpassen. Das System besteht aus einem Controller, an den bis zu 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. So lassen sich auch Bereiche an Stufen oder Sockeln zuverlässig überwachen. Die Systemparameter kann der Anwender über die einfach bedienbare Konfigurationssoftware festlegen. Projektierung und Inbetriebnahme übernehmen auf Kundenwunsch zertifizierte Safety-Experten von Leuze.

Autor
Rolf Brunner, Senior Safety Expert