Kolmiulotteiseen ohjaukseen ja valvontaan - SafetyEYE-turvakamerajärjestelmä avaa uusia ulottuvuuksia turvallisuuden ja suojauksen alalla

SafetyEYE on paljon enemmän kuin pelkkä tunnistin - se muodostaa perustan tekniikalle, jolla voidaan havaita kohteet kolmiulotteisessa tilassa. "Näin voimme jälleen kerran esitellä innovaation, joka lisää asiakkaidemme tuottavuutta ja laskee kustannuksia", Renate Pilz, Pilzin johtava osakas, tiivistää turvakamerajärjestelmän edut.

SafetyEYE-turvakamerajärjestelmä soveltuu kaikentyyppisiin käyttökohteisiin: rengas- ja pakkausteollisuuden työstökeskuksista korkeahyllyvarastoihin ja automatisoituihin pysäköintitaloihin.

Tähänastisilla turvatekniikkaratkaisuilla on rajansa
Tämä ilmenee selkeimmin robottityöpisteessä, joka kattaa yhden tai useamman robotin ja joka on suojattu turva-aidoilla.
Yleensä tarvitaan lisäksi lisäturvalaitteita, kuten valopuomeja ja robottien aluerajakytkimiin liitettyjä laserskannereita. Ne havaitsevat sen, että henkilö tulee vaara-alueelle tai oleskelee siinä.

Tähänastisilla turvaratkaisuilla on kuitenkin selkeät haittapuolensa. Optoelektronisilla turvalaitteilla ei voida valvoa tiloja, vaan parhaassakin tapauksessa tasoja. Ja jos vapaata näkyvyyttä ei ole, työasema on lisäksi suojattava turvamatoilla. Robotin toiminta-alueen aukoton valvonta ei siten ole lainkaan tai ainoastaan suurin ponnistuksin mahdollista. Tämän lisäksi tavalliset turvalaitteet pysäyttävät robotin välittömästi vaaratilanteen uhatessa. Käynnistystä varten robotti pitää ajaa täsmälleen samaan asemaan, jossa se oli ennen pysäytystä. Tämä vaatii aikaa ja vaikuttaa myös tuotantolinjan myöhempiin työpisteisiin. Kolmanneksi: komponenttien suuri lukumäärä ja niiden monimutkainen kytkentä tekee robottityöpisteen turvaamisesta kallista ja vaikuttaa lisäksi myös sen käytettävyyteen.

Yhteistyöllä syntyi innovatiivinen ratkaisu
Pilzillä mietittiin siksi uutta suoja-alueiden valvontajärjestelmää ja syntyi idea turvakamerajärjestelmästä. Myös DaimlerChryslerin tehtailla Sindelfingenissä, menetelmäkehityksen, automatisoinnin ja ohjaustekniikan osastossa, suunniteltiin uusia valvontamenetelmiä. Ajatuksena oli käyttää kameroita yhdistelminä niin, että suoja-alue voitaisiin mallintaa kolmiulotteisesti. Kuvankäsittelyalgoritmien avulla on siten mahdollista havaita vaara-alueelle menevät kohteet. Lähtökohtana olivat optiset avustusjärjestelmät, jotka kehitettiin DaimlerChryslerin Ulmerin tutkimuskeskuksen teknisen kuvankäsittelyn laboratoriossa autoilijoiden varoittamiseksi vaaratilanteista. Näin kaksi toisiaan täydentävää yhteistyökumppania löysi toisensa. DaimlerChrysler toimitti kolmiulotteiseen kuvantulkintaan soveltuvat algoritmit. Pilzin tehtävä oli tehdä algoritmeistä teollisuuteen soveltuvia sekä kehittää ja valmistaa järjestelmä.

Yksi järjestelmä ohjaukseen, valvontaan ja suojaukseen
Järjestelmä koostuu kolmesta komponentista: tunnistinyksiköstä, tehokkaasta tietokoneesta ja turvaohjauksesta. Kolmesta kamerasta koostuva tunnistinyksikkö lähettää kuvatiedot valvottavasta tilasta.

Kameroiden kuvasignaali lähetetään valokaapeleita pitkin analysointiyksikkönä toimivaan tietokoneeseen, joka laskee mutkikkaiden ja luotettavien algoritmien avulla kuvan tilasta. Näin voidaan havaita tilassa olevat kohteet ja määrittää niiden tarkka sijainti. Tietoja verrataan sitten järjestelmään tallennettuihin suoja-alueisiin, jolloin voidaan määrittää esim. onko joku menossa suoja-alueelle. Tietokone lähettää kuvankäsittelyn tulokset PSS-turvaohjaukseen, joka muodostaa tulo- ja lähtöliitäntöineen rajapinnan koneen ohjaukseen ja ohjaa koko SafetyEYE-järjestelmän toimintaa. Jos analysointiyksikkö ilmoittaa, että suoja-aluetta on rikottu, ohjelmoitavat lähdöt kytketään pois päältä. Yhteys I/O-yksiköihin voidaan toteuttaa myös SafetyBUS p -turvaväyläjärjestelmällä ja tulevaisuudessa Ethernet SafetyNET p -väylän kautta. Tietokoneen ja erityisen ohjelmistopaketin avulla voidaan määrittää suoja- ja varoitusalueet sekä kaikki turvakamerajärjestelmän vaatimat parametrit.

Optimaalisesti sovitetut turvaratkaisut vähentävät seisokkeja
SafetyEYE-turvakamerajärjestelmällä suojattu robottityöpiste vaikuttaa täysin avoimelta. Kulkuesteitä ei enää tarvita. Tunnistinyksikkö on työpisteen yläpuolella, josta se valvoo robotin koko työaluetta. Manipulointi on näin alusta alkaen estetty. Vasta vilkaisu monitoriin näyttää, että käytössä on turvatekniikkaa. Kameroiden kuvaa peittävät värikkäät läpikuultavat kuutiot ja suorakulmiot - kolmiulotteiset suoja- ja varoitusalueet. Nämä alueet ilmaisevat tilat, joissa robotti liikkuu työvaiheiden aikana. Vaara-alueet on määritetty virtuaalisena verhokäyränä, joka kattaa varoitus- ja suoja-alueet. Vain näille alueille tunkeutuvat kohteet ovat mahdollisessa vaarassa.

Tässä törmäämme yhteen SafetyEYE-järjestelmän erikoisuuksista: suoja-alueen rikkominen ei aiheuta automaattisesti hätäpysäytystä. Jos työntekijä tulee virtuaaliselle suoja-alueelle kohdassa, jonka robotti saavuttaa vasta useamman sekunnin kuluttua, ohjaustekniikka huolehtii siitä, että robotti jatkaa liikettään erittäin alhaisella nopeudella. Jos työntekijä varoitussignaalin kuultuaan poistuu vaara-alueelta, robotti jatkaa työtään normaalinopeudella. Hätäpysäytys aktivoituu vasta sitten, kun työntekijä astuu välittömälle vaara-alueelle. Tämä on selkeä etu verrattuna perinteisiin turvalaitteisiin, jotka pysäyttävät koneen välittömästi vaaratilanteen uhatessa. SafetyEYE-järjestelmä mahdollistaa prosessien optimaalisen ohjauksen ja joustavan suojauksen.

Varoitus- ja suoja-alueiden konfigurointi PC:llä
Suoja- ja varoitusalueet voidaan koota laajoiksi kokonaisuuksiksi, joita on helppo hallinnoida PC:llä. Jos koneen eri toimintatavat edellyttävät erilaisia suojaratkaisuja, niitä voidaan vaihtaa dynaamisesti koneen työkierron aikana SafetyBUS p -turvaväyläjärjestelmän tai PSS-turvaohjauksen digitaalitulojen kautta. Määriteltyjä suoja-alueita on helppo muuttaa muutamalla hiiren napsautuksella SafetyEYE Configurator -ohjelmassa. Suoja-alueiden valvonta ei näin ollen enää keskity teknisiin tarpeisiin, vaan käyttäjän prosessiliikkeiden asettamiin vaatimuksiin, jotka on helppo täyttää.

SafetyEYE-järjestelmän asennus suoja-alueiden konfigurointeineen käy muutamassa tunnissa. Perinteisten turvalaitteiden asennus, säätö ja tarkastus vie sitä vastoin vähintään työpäivän. Ja SafetyEYE:n käyttö on lisäksi selkeästi edullisempaa. Integroitu diagnostiikkatoiminto minimoi seisonta-ajan suoja-alueen rikkomisen yhteydessä.

Ihmisen ja koneen ergonomista yhteistyötä
Perinteisiin tunnistimiin verrattuna SafetyEYE-turvakamerajärjestelmä tarjoaa paljon enemmän: ohjauksen, suojauksen ja valvonnan yhdellä järjestelmällä. SafetyEYE-järjestelmä voi hoitaa myös vakio-ohjaustoiminnot. SafetyEYE-järjestelmällä voidaan valvoa useita toisistaan riippumattomia suoja-alueita. Tämä laskee kustannuksia ja minimoi komponenttitarpeen. Lisää materiaali- ja asennuskustannussäästöjä saadaan kytkemällä järjestelmä suoraan esim. SafetyBUS p -turvaväyläjärjestelmään ja tulevaan SafetyNET p -väyläjärjestelmään.

SafetyEYE turvaa laitteistot lintuperspektiivistä, jotta ihmiset ja koneet voivat työskennellä yhdessä. Turvakamerajärjestelmällä voidaan täyttää mitä erilaisimmat kone- ja laitteistorakennuksen tarpeet.

Arvoesineet ja sisäänkäynnit tiukassa valvonnassa
Kun turvaamisessa on kyse ympäristön suojaamisesta kohteelta, vartioinnissa on kyse kohteen suojaamisesta ympäristöltä. Esimerkkeinä mainittakoon rakennusten kulunvalvonta tai näyttelyesineiden valvonta museoissa. SafetyEYE pitää arvoesineitä aukottomasti silmällä, koska se ei valvo vain yhtä tasoa perinteisten suojalaitteistojen tapaan. "Kamerapohjainen kuvankäsittely tulee mullistamaan optisen tunnistuksen muuallakin kuin teollisuudessa. Olemme varmoja, että SafetyEYE-kamerajärjestelmällä on loistava tulevaisuus myös vartiointisovellusten puolella", Renate Pilz kertoo.