Supervisione e controllo tridimensionale - SafetyEYE, il primo sistema di visione di sicurezza che apre nuove prospettive nei settori della "safety" e della "security"

SafetyEYE è molto più di un sensore: è la base di una tecnologia rivolta alla rilevazione tridimensionale di oggetti. "Con questo prodotto possiamo presentare ancora una volta un sistema estremamente innovativo che ha l'obiettivo di aiutare gli utilizzatori ad aumentare la produttività riducendo i costi" dichiara Renate Pilz, amministratore unico di Pilz, sottolineando i vantaggi di questo sistema di sicurezza.

Il sistema di visione di sicurezza è adatto per i più disparati settori: dai centri di lavorazione all'industria dei pneumatici e dell'imballaggio, fino ai magazzini verticali e agli autosili.

Le soluzioni tecniche di sicurezza convenzionali hanno chiari limiti
Ciò risulta evidente prendendo come esempio una stazione di lavoro robotizzata composta di uno o più robot e protetta mediante recinzioni di sicurezza.
Oltre a questo tipo di protezioni meccaniche, i robot necessitano di dispositivi di sicurezza supplementari come barriere fotoelettriche e scanner laser, che in combinazione con i finecorsa di sicurezza proteggono la zona di lavoro al fine di riconoscere ed evitare che persone entrino o sostino nella zona pericolosa.

Le soluzioni tecniche di sicurezza convenzionali comportano però evidenti svantaggi. Con i dispositivi di protezione optoelettronici non si possono controllare ambienti, ma tutt'al più superfici piane orizzontali. Inoltre a volte occorre proteggere la stazione di lavoro anche con tappeti di sicurezza supplementari. Quindi un controllo del raggio d'azione di un robot senza lacune è del tutto impossibile a meno che non si impieghino più soluzioni tecniche. Inoltre, in caso di pericolo, i dispositivi di protezione convenzionali attivano l'immediato arresto del robot. Per il riavvio occorre che il robot venga riportato esattamente alla medesima posizione assunta prima dell'arresto. Questo richiede tempo e comporta conseguenze anche per le stazioni successive della linea di produzione. C'è da considerare, inoltre, un terzo aspetto: la grande quantità di componenti di sicurezza concettualmente diversi tra loro e il complesso cablaggio, che rendono la protezione di una stazione di lavoro robotizzata non solo costosa, ma complessa da gestire.

Un know-how comune per una soluzione innovativa
Mirando a un nuovo concetto di supervisione dell'ambiente da proteggere, Pilz ha sviluppato l'idea di un sistema di visione di sicurezza. Anche presso DaimlerChrysler a Sindelfingen in Germania, nel reparto di sviluppo sistemi di automazione e di controllo, si stavano valutando nuove strategie tecnologiche. L'obiettivo iniziale è stato impiegare telecamere combinate in maniera tale da poter riuscire a riprodurre tridimensionalmente e virtualmente gli spazi da proteggere e monitorare. Sulla base di algoritmi per l'elaborazione di immagini è ora possibile riconoscere gli oggetti in entrata nella zona pericolosa. Il punto di partenza del SafetyEYE, sono stati i sistemi di rilevamento ottico, sviluppati nel laboratorio per l'elaborazione tecnica delle immagini del centro di ricerca DaimlerChrysler a Ulma, destinati a segnalare ai conducenti eventuali pericoli durante la guida. Si sono incontrati così, due partner capaci di operare in perfetta sinergia tra loro. Mentre DaimlerChrysler contribuiva con gli algoritmi adatti alla gestione delle immagini tridimensionali, il compito di Pilz consisteva nel rendere tali algoritmi idonei agli scopi industriali e nel sviluppare, nonché produrre, il sistema stesso.

Un sistema per controllare, sorvegliare e proteggere
L'intero sistema comprende tre componenti: unità sensoriale, elaboratore elettronico ad elevate prestazioni e sistema di controllo di sicurezza. L'unità sensoriale, composta da tre telecamere estremamente dinamiche, fornisce i dati immagine dello spazio da monitorare.

Il controllore ad elevate prestazioni funge da unità di elaborazione che riceve i dati immagine dalle telecamere attraverso cavi a fibra ottica e calcola, sulla base di algoritmi estremamente complessi e sicuri, l'immagine tridimensionale. In questo modo è possibile rilevare fisicamente gli oggetti e determinarne la posizione esatta. Queste informazioni vengono quindi sovrapposte agli spazi da proteggere configurati nel sistema per stabilire se, ad esempio, lo spazio da proteggere è stato violato. I risultati dell'elaborazione delle immagini vengono trasmessi dall'elaboratore ad elevate prestazioni al sistema di sicurezza PSS che funge, con i suoi ingressi e le sue uscite, da interfaccia per il comando delle macchine e controlla l'intero funzionamento di SafetyEYE. Se l'unità di elaborazione segnala una violazione dello spazio da proteggere, le uscite configurabili vengono disattivate. Il collegamento alla periferia può avvenire anche mediante il bus di sicurezza SafetyBUS p e, in futuro, mediante rete Ethernet con SafetyNET p. Con l'ausilio di un semplice PC per la configurazione e di uno speciale pacchetto software è possibile impostare le zone da proteggere e quelle sottoposte ad allarme, nonché tutti gli altri parametri necessari per il funzionamento del sistema di visione di sicurezza.

Sistemi di protezione adattati in maniera ottimale contribuiscono ad evitare fermi macchina
Una stazione di lavoro robotizzata protetta dal modulo SafetyEYE, ad esempio, dà l'impressione di essere completamente aperta. Non sono più necessari, infatti, ostacoli che limitano lo spazio. L'unità sensoriale è alloggiata sopra la stazione di lavoro e sottopone a monitoraggio l'intero campo di azione del robot. In questo modo si escludono, già a priori, possibili manipolazioni. Guardando il monitor del PC si capisce che il sistema di sicurezza è in azione. Le immagini delle telecamere sovrappongono cubi e parallelepipedi a colori e semitrasparenti – gli spazi tridimensionali soggetti ad allarme e quelli da proteggere. All'interno di tale porzione di spazio il robot si muove durante lo svolgimento del proprio lavoro. Le zone pericolose sono definite da spazi tridimensionali virtuali che racchiudono lo spazio soggetto ad allarme e quello da proteggere. Solamente gli oggetti che penetrano in queste aree sono potenzialmente in pericolo.

La particolarità di SafetyEYE: una violazione della zona da proteggere non comporta automaticamente un arresto di emergenza. In quanto, se un addetto oltrepassa in un punto lo spazio virtuale monitorato, che verrebbe raggiunto dal robot soltanto dopo parecchi secondi, il sistema di controllo provvede a lasciare lavorare il robot ad una velocità estremamente ridotta. Se l'addetto dopo aver percepito l'allarme mediante un segnale di avvertimento retrocede, il robot continua a lavorare a velocità normale. Solo nel caso in cui l'addetto entri direttamente nella zona pericolosa, ha luogo l'arresto di emergenza. E ciò rappresenta un chiaro vantaggio rispetto ai dispositivi di protezione convenzionali che attivano sempre immediatamente un arresto in caso di pericolo. Con SafetyEYE è possibile comandare i processi con precisione e proteggerli in maniera flessibile.

Configurazione da PC degli spazi tridimensionali soggetti ad allarme e da proteggere
Gli spazi sottoposti ad allarme e quelli da proteggere si possono raggruppare in strutture spaziali complesse che comunque risultano facili da gestire poiché possono essere configurate intuitivamente e rapidamente al PC. Se sono necessarie differenti strutture spaziali per diverse modalità operative di una macchina, queste possono essere commutate dinamicamente nel corso del ciclo operativo della macchina mediante il sistema bus di sicurezza SafetyBUS p o tramite gli ingressi digitali del sistema di sicurezza PSS. Gli utenti hanno a disposizione uno strumento flessibile perché gli spazi da proteggere, una volta definiti, si possono adattare semplicemente con il mouse nel configuratore SafetyEYE. Il controllo degli spazi da proteggere non si orienta più alle necessità tecniche ma alle esigenze dei cicli di lavorazione degli utenti che in questo modo possono essere strutturati con estrema flessibilità.

L'installazione di SafetyEYE con configurazione degli spazi da proteggere richiede poche ore, a differenza dei dispositivi di protezione convenzionali che per il posizionamento, l'impostazione e la verifica richiedono almeno una giornata intera. In aggiunta, l'impiego di SafetyEYE è, a livello di costi, notevolmente più economico; anche perché la diagnostica integrata abbrevia al minimo i tempi di fermo macchina in caso di violazione della zona da proteggere.

Interazione ergonomica tra uomo e macchina
Rispetto ai sistemi di sensori tradizionali, il sistema di visione di sicurezza offre molto di più: protezione, supervisione e controllo in un unico sistema. SafetyEYE può svolgere anche le funzioni di controllo standard. Inoltre con SafetyEYE è possibile anche la supervisione di più spazi da proteggere indipendenti tra loro. In questo modo non si riducono solamente i costi, ma si riducono anche al minimo i componenti. Ulteriori risparmi in quanto a materiale e installazione si raggiungono grazie al collegamento diretto a sistemi bus come SafetyBUS p e, in futuro, SafetyNET p.

SafetyEYE assicura gli impianti dall'alto, in modo che uomo e macchina possano lavorare insieme in maniera ottimale. Con questo sistema di visione di sicurezza è possibile realizzare richieste provenienti dai settori più disparati dell'industria meccanica e dell'impiantistica.

Oggetti di valore e entrate degli edifici sotto stretto controllo
Mentre la Safety assicura la protezione di un ambiente da un oggetto, la Security si occupa della protezione di un oggetto dall'ambiente circostante. Ad esempio, la protezione dell'accesso agli edifici o anche la sorveglianza di preziosi d'esposizione nei musei. SafetyEYE tiene costantemente sotto controllo gli oggetti di valore, dal momento che, a differenza dei dispositivi di protezione convenzionali, non sorveglia un solo livello. "L'elaborazione delle immagini basata sulle videocamere rivoluzionerà i sensori ottici non soltanto nel settore industriale. Siamo certi che per l'innovativo SafetyEYE si prospetta un grande futuro anche nel campo della Security", conclude Renate Pilz.