Driedimensionaal sturen en bewaken - Eerste veilige camerasysteem SafetyEYE opent nieuwe perspectieven voor safety en security

SafetyEYE is dan ook veel meer dan een sensor: het is de basis van een technologie voor veilige detectie van objecten in de driedimensionale ruimte. "Wij kunnen hiermee weer een innovatie presenteren die de gebruikers helpt hun productiviteit te verhogen en kosten te reduceren," concludeert Renate Pilz, managing partner van Pilz, over het veilige camerasysteem.
Het veilige camerasysteem is geschikt voor de meest uiteenlopende branches: van verwerkingscentra tot banden- en verpakkingsindustrie en van hoge stellingsystemen tot automatische parkeergarages.

Tot nu toe gebruikte veiligheidstechnische oplossingen hebben beperkingen
Dit kunnen wij duidelijk maken aan de hand van een robot-werkstation dat verschillende robots bevat en beveiligd is door omheiningen.
Meestal zijn er extra veiligheidsvoorzieningen nodig zoals lichtschermen en laserscanners in combinatie met bereikomschakelaars op de robots. Deze detecteren wanneer iemand de gevaarlijke zone betreedt of zich daarin bevindt. Aan deze gangbare veiligheidstechnische oplossingen zijn echter belangrijke nadelen verbonden.

Met opto-elektronische veiligheidsvoorzieningen kunnen geen ruimtes, maar alleen vlakken worden bewaakt. Is er bovendien geen vrije optische verbinding, dan moet het werkstation ook nog voorzien worden van schakelmatten. Een aaneensluitende bewaking van de actieradius van een robot is op deze manier niet of slechts met veel technische voorzieningen haalbaar. Daar komt bij dat de gebruikelijke veiligheidsvoorzieningen bij gevaar tot directe stilstand van de robot leiden. Om te herstarten moet de robot in exact dezelfde positie als voor de stop worden gebracht. Dat kost tijd en beïnvloedt ook de volgende stations van een productielijn. En dan is er nog een derde aspect: het grote aantal verschillende componenten en de complexe schakeling hiervan maken het afschermen van een robotwerkstation niet alleen kostbaar, maar ook nadelig voor de beschikbaarheid ervan.

Gemeenschappelijke knowhow voor een innovatieve oplossing
Bij Pilz werd dan ook nagedacht over een nieuw concept voor bewaking van beveiligde ruimtes en ontstond het idee van een veilig camerasysteem. Maar ook bij DaimlerChrysler in Sindelfingen, op de afdeling voor procedureontwikkeling, automatisering en besturingstechniek was men bezig met nieuwe bewakingsstrategieën. Het idee was camera’s zodanig gecombineerd in te zetten dat de te bewaken beschermde ruimte driedimensionaal afgebeeld zou kunnen worden. Aan de hand van algoritmen voor beeldverwerking zou het dan mogelijk zijn objecten te detecteren die tot de gevaarlijke zone zouden doordringen. Uitgangspunt waren optische assistentiesystemen voor automobilisten die in het laboratorium voor technische beeldverwerking van het onderzoekscentrum van DaimlerChrysler in Ulm werden ontwikkeld. Zo vonden twee elkaar optimaal aanvullende partners elkaar. Terwijl DaimlerChrysler de algoritmen voor driedimensionale beeldverwerking verfijnde, kreeg Pilz tot taak deze algoritmen geschikt te maken voor de industrie en het systeem te ontwikkelen en toepasbaar te maken.

Eén systeem voor sturen, bewaken en beveiligen
Het hele systeem bestaat uit drie componenten: de sensor-unit, een krachtige processor en een veiligheidsbesturing. De uit drie hoog-dynamische camera’s bestaande sensor-unit levert de beeldgegevens van de te bewaken ruimte.

Een krachtige processor dient als verwerkingseenheid, en ontvangt via glasvezelkabel de beeldgegevens van de camera’s en berekent met behulp van zeer complexe en veilige algoritmen een ruimtelijk beeld. Daarmee is het mogelijk objecten ruimtelijk waar te nemen en de positie ervan exact te bepalen. Deze informatie wordt vervolgens met de in het systeem geconfigureerde beschermde ruimtes vergeleken om vast te stellen of er bijvoorbeeld sprake is van een inbreuk op de beschermde ruimte. De resultaten van de beeldverwerking worden door de processor doorgestuurd naar de veiligheidsbesturing PSS, die met zijn in- en uitgangen fungeert als interface voor de machinebesturing en alle functies van SafetyEYE stuurt. Wanneer de verwerkingseenheid een inbreuk van de beschermde ruimte meldt, worden de configureerbare uitgangen uitgeschakeld. Het aansluiten op de randapparatuur kan ook via het failsafe bussysteem SafetyBUS p plaatsvinden, en in de toekomst via het Ethernet SafteyNET p. Met behulp van de configuratie-pc en een speciaal softwarepakket kunnen de beschermde en waarschuwingsruimtes en alle andere parameters die nodig zijn voor de werking van het veilige camerasysteem worden ingesteld.

Optimaal aangepaste beveiligingsconcepten helpen stilstanden te voorkomen
Een met SafetyEYE beveiligd robot-werkstation kan bijvoorbeeld geheel open werken. Belemmerende afschermingen zijn niet meer nodig. De sensor-unit bevindt zich boven het werkstation en houdt de gehele beweegruimte van de robot in het oog. Manipulaties zijn daardoor bij voorbaat uitgesloten. Pas als u naar de monitor kijkt, ziet u dat hier veiligheidstechniek actief is. De camerabeelden zijn gecombineerd met gekleurde, half-transparante kubussen en balken: de driedimensionale waarschuwings- en beschermde ruimtes (zie grafiek Functieopbouw). Binnen deze ruimtesegmenten beweegt de robot tijdens zijn werkcyclus. De gevaarlijke zones zijn gedefinieerd als een virtuele enveloppe, die de waarschuwings- en beschermde ruimtes omsluit. Alleen objecten die in deze zones komen zijn potentieel in gevaar.

Wat SafetyEYE bijzonder maakt: een inbreuk op een beschermde ruimte leidt niet automatisch tot een noodstop. Overtreedt een medewerker de grenzen van de virtuele beschermde ruimte op een plaats die de robot pas enkele seconden later zou bereiken, dan draagt de besturingstechniek er zorg voor dat de robot met extreem lage snelheid verder beweegt. Als de medewerker zich vervolgens door het alarmsignaal gewaarschuwd terugtrekt, werkt de robot met normale snelheid verder. Pas wanneer de medewerker in de direct gevaarlijke zone komt, volgt een noodstop. Dit is een verbetering ten opzichte van traditionele veiligheidsvoorzieningen, die in geval van gevaar altijd tot een directe stilstand leiden. Met SafetyEYE kunnen processen nauwkeurig gestuurd en flexibel beveiligd worden.

Waarschuwings- en beschermde ruimtes configureren vanaf pc
Beschermde en waarschuwingsruimtes kunnen worden gecombineerd tot complexe ruimte-indelingen, maar blijven daarbij eenvoudig te onderhouden omdat ze intuïtief en snel te configureren zijn vanaf de pc. Wanneer voor verschillende bedrijfsmodi van een machine verschillende ruimte-indelingen nodig zijn, kan hiertussen tijdens de werkcyclus van de machine dynamisch worden overgeschakeld via het failsafe bussysteem SafetyBUS p of de digitale ingangen van de PSS-veiligheidsbesturing. Gebruikers blijven flexibel, aangezien reeds gedefinieerde beschermde ruimtes met de muis zijn aan te passen in de SafetyEYE Configurator. De bewaking van de beschermde ruimtes gaat daardoor niet meer uit van wat technisch (on)mogelijk is, maar van de eisen die de gebruiker aan de processen stelt en die op deze manier zeer flexibel kunnen worden gerealiseerd (zie foto Werking).

De installatie van SafetyEYE inclusief configuratie van de beschermde ruimte kost slechts enkele uren. Het positioneren, instellen en testen van conventionele veiligheidsvoorzieningen neemt ten minste een dag in beslag. En het gebruik van SafetyEYE is bovendien significant voordeliger. Een geïntegreerde diagnosefunctie verkort stilstandstijden bij inbreuk op de beschermde ruimte tot een minimum.

Ergonomische samenwerking van mens en machine
Vergeleken met traditionele sensoren biedt het veilige camerasysteem duidelijk meer: sturen, beschermen en bewaken met slechts één systeem. Ook standaardbesturingsfuncties kunnen door SafetyEYE worden overgenomen. Bovendien is met SafetyEYE ook de bewaking van meerdere onderling afhankelijke beschermde ruimtes mogelijk. Dit betekent niet alleen minder kosten, maar ook een minimale behoefte aan onderdelen. Verdere besparingen aan materiaal- en installatiekosten komen voort uit de directe aansluiting op bussystemen als SafetyBUS p en binnenkort ook SafetyNET p.

SafetyEYE beveiligt installaties met overzicht, zodat mens en machine optimaal kunnen samenwerken. Met het veilige camerasysteem kunnen eisen uit de meest uiteenlopende gebieden van machine- en installatiebouw worden gerealiseerd.

Waardevolle voorwerpen en gebouwtoegang in het vizier
Waar het bij safety gaat om bescherming van de omgeving tegen een ding, is security de bescherming van een ding tegen zijn omgeving. Denk hierbij bijvoorbeeld aan toegangsbeveiliging van gebouwen of de bewaking van objecten in musea. SafetyEYE houdt waardevolle voorwerpen ononderbroken in het oog, omdat het anders dan conventionele veiligheidsvoorzieningen niet slechts één vlak bewaakt. "Cameragebaseerde beeldverwerking zal niet alleen in industriële toepassingen een revolutie in de optische sensortechniek betekenen. Wij zijn ervan overtuigd dat de innovatie van SafetyEYE de toekomst heeft, ook in de security”, aldus Renate Pilz.