Tredimensionell styrning och övervakning - Det första säkra kamerasystemet SafetyEYE skapar nya perspektiv för safety & security

SafetyEYE är mycket mer än bara en sensor. Det är en teknik som på ett säkert sätt övervakar objekten i en tredimensionell zon. "Vi har skapat ytterligare en innovativ produkt som höjer produktiviteten och sänker kostnaderna", säger Renate Pilz, verkställande direktör hos Pilz.

Det säkra kamerasystemet lämpar sig för olika branscher: Från maskin-, däck- och förpackningsindustrier till lager med höga stapelhöjder samt automatiska parkeringshus.

De säkerhetstekniska lösningar som funnits hittills har haft sina begränsningar
Som exempel kan vi ta en robotarbetsstation med en eller flera robotor, som är omgiven av ett skyddsstaket.
Normalt krävs ytterligare säkerhetsanordningar som ljusbommar och laserskanners i kombination med ändlägesbrytare på själva robotarna. De känner av när någon beträder riskzonen eller uppehåller sig inom den.

De säkerhetstekniska lösningar som funnits hittills har dock uppenbara nackdelar. Med hjälp av optoelektroniska skyddsanordningar kan man på sin höjd övervaka en nivå, inte en hel zon. Om man inte har fri sikt, måste arbetsstationen dessutom förses med larmmattor. En heltäckande övervakning av en robtots aktionsradie är därför omöjlig eller tekniskt mycket komplicerad. Dessutom stoppar vanliga skyddsanordningar roboten om fara uppstår. För att kunna startas på nytt måste roboten ställas i exakt samma position som den stod innan den stoppades. Det tar tid och påverkar efterföljande produktionsstationer negativt. Och det finns ytterligare en aspekt: Det stora antalet olika komponenter och deras komplicerade strömbrytare gör det inte bara dyrt att förse en robotarbetsstation med skyddsanordningar, utan tillgängligheten påverkas även negativt.

Gemensamt know-how för en innovativ lösning
Hos Pilz började man därför fundera på ett nytt koncept för övervakning av skyddszoner. Resultatet blev ett säkert kamerasystem. Men även hos DaimlerChrysler i Sindelfingen, på avdelningen för metodutveckling, automatiserings- och styrningsteknik, hade man börjat fundera över nya övervakningsmetoder. Man kom på att man kunde kombinera övervakningskameror på ett sätt som ger en tredimensionell bild av skyddszonen. Med hjälp av bildbearbetningsalgoritmer är det då möjligt att identifiera objekt som gör intrång i riskzonen. Man utgick från optiska assistenssystem som hade utvecklats i laboratoriet för teknisk bildbearbetning hos DaimlerChryslers forskningscentrum i Ulm för att göra bilförare uppmärksamma på nalkande faror. Dessa två samarbetspartner kompletterade varandra på ett optimalt sätt. Medan DaimlerChrysler bidrog med lämpliga algoritmer för tredimensionell bildanalys, var det Pilz uppgift att göra algoritmerna industridugliga och sen utveckla och färdigställa systemet.

Ett system för att styra, övervaka och skydda
Systemet består av tre komponenter: sensorenheten, en dator med höga prestanda och en säkerhetsstyrning. Sensorenheten består av tre mycket dynamiska kameror som levererar bilddata från den övervakade zonen.

Analysenheten består av en dator som via en ljusledare får bilddata från kameran. Med hjälp av komplexa och säkra algoritmer räknar den sedan ut en bild av zonen. På det viset är det möjligt att identifera objekt och bestämma deras exakta position. Uppgifterna jämförs sen med de i systemet konfigurerade skyddszonerna. På det viset kan man till exempel se om något har gjort intrång i skyddszonen. Resultaten av bildbearbeningen skickar datorn till säkerhetsstyrningen PSS. Dess in-och utgångar fungerar som gränssnitt till maskinstyrningen och styr alla SafetyEYE:s funktioner. Om analysenheten rapporterar att något gjort intrång i skyddszonen, stängs de konfigureringsbara utgångarna av. Anslutning till externa enheter kan även ske via det säkra bussystemet SafetytBUS p och i framtiden även via Ethernet SafetyNET p. Med hjälp av datorn och ett speciellt programvarupaket kan man upprätta skydds- och varningszoner samt ange alla parametrar som det säkra kamerasystemet behöver.

Optimalt anpassade skyddsanordningar hjälper till att undvika att roboten måste stoppas
En robotarbetsstation som försetts med SafetyEYE ger intrycket av att vara helt tillgänglig. Det behövs inte längre några utrymmesbegränsande avspärrningar. Sensorenheten sitter ovanför arbetsstationen och kan se hela robotens aktionszon. Den är därför omöjlig att manipulera. Det är bara bildskärmen som avslöjar att det finns en säkerhetsanordning. Kamerabilderna visar halvgenomskinliga kuber och block i färg, som representerar de tredimensionella varnings- och skyddszonerna. Inom dessa zonsegment rör sig roboten under arbetet. Riskzonerna definieras av en virtuell omslutningskurva, som omsluter varnings- och skyddszonerna. Det är bara objekt inom dessa områden som befinner sig i en riskzon.

Det speciella med SafetyEYE: Ett intrång i skyddszonen innebär inte att roboten stannar automatiskt. Om en medarbetare inkräktar på den virtuella skyddszonen på en plats som roboten inte skulle nå förrän flera sekunder senare, ser styrningstekniken till att robotens fortsatta rörelser blir extremt långsamma. Om medarbetaren hör varningssignalen och drar sig tillbaka, fortsätter roboten i normal hastighet. Det är bara när medarbetaren gör intrång på den omedelbara riskzonen som roboten stannar helt. Det är en stor fördel gentemot vanliga skyddsanordningar, där en fara alltid innebär att roboten genast stoppas. Med SafetyEye kan processer styras exakt och skyddas på ett flexibelt sätt.

Konfigurera varnings- och skyddszoner med hjälp av en dator
Skydds- och varningszoner kan slås ihop till komplexa zoner som ändå är lätta att hantera, eftersom man snabbt och enkelt kan konfigurera dem med hjälp av en dator. Om en maskins olika användningsområden kräver olika zonuppdelningar, kan dessa under maskinens arbetscykel kopplas om via det säkra bussystemet SafetyBUS p eller säkerhetsstyrningen PSS:s digitala ingångar. Systemet är flexibelt. Definierade skyddszoner kan förändras med ett musklick i SafetyEYE Configurator. Övervakningen av skyddszonerna styrs därför inte längre av vad som är tekniskt nödvändigt, utan av de krav som användarens arbetsprocesser ställer.

Det tar bara några timmar att installera SafetyEYE och konfigurera skyddszonerna. Det tar minst en hel dag att installera, ställa in och kontrollera vanliga skyddsanordningar. Dessutom är SafetyEYE betydligt prisvärdare. Den inbyggda felsökningsfunktionen minimerar eventuella stopp om fara skulle uppstå.

Ergonomiskt samarbete mellan människa och maskin
Jämfört med konventionell sensorik har det säkra kamerasystemet betydligt mer att erbjuda: Ett system räcker för att styra, skydda och övervaka. SafetyEYE kan även ta över vanliga styrfunktioner. Dessutom gör SafetyEYE det även möjligt att övervaka flera av varandra oberoende skyddszoner. Det minskar inte bara kostnaderna, utan minimerar även antalet komponenter. Genom att kunna ansluta direkt till bussystem som SafetyBUS p och det kommande SafetyNET p, sparar man även material- och installationskostnader.

SafetyEYE bevakar anläggningen ur ett fågelperspektiv, vilket gör att människa och maskin kan samarbeta på ett optimalt sätt. Det säkra kamerasystemet gör det möjligt att möta de krav som olika områden inom maskin- och anläggningsbyggnad kräver.

Koll på värdeföremål och vem som har tillträde till en byggnad
Med "safety" menas att skydda omgivningen från ett objekt. "Security" handlar om att skydda ett objekt mot dess omgivning. Till det räknas till exempel vem som har tillträde till en byggnad eller övervakning av utställningsföremål på ett museum. SafetyEye har fullständig överblick över värdefulla föremål, eftersom den i motsats till konventionella skyddsanordningar inte bara bevakar en nivå. "Den kamerabaserade bildbearbetningen revolutionerar den optiska sensoriken, inte bara inom industrin. Vi är säkra på att SafetyEYE har framtiden för sig även på säkerhetsområdet", säger Renate Pilz.