SIL 3/PL e mit nur einem Sensor Robustes 2D-System für sichere Absolutposition von AGV

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Pepperl + Fuchs AG

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Mit seinen farbigen Codes und nur einem Sensor liefert das 2D-Positioniersystem safe­PGV von Pepperl+Fuchs hochgenaue und sichere Positionsdaten. Neuentwickelte Codeleisten aus Metall gewährleisten die korrekte Lesung auch an mechanisch stark beanspruchten Stellen wie Kreuzungen, Tordurchfahrten oder Kurven. Durch seine intrinsische Redundanz erreicht das kameragestützte System die Sicherheitsstufen SIL 3 und PL e. Es bietet eine einfache und robuste Lösung für die referenzbezogene Steuerung von fahrerlosen Transportsystemen.

Intrinsische Mehrfachredundanz

Das Positioniersystem safePGV beruht auf der Kombination eines dreifarbigen Data­Matrix-Bandes und einer Kamera mit rot-­blauer LED-Beleuchtung. Die verschiedenfarbigen LED-Ringe blitzen getrennt in einem zufälligen Ablauf. Pro Blitz «sieht» die Kamera immer nur einen Teil der farbigen Codes: Im blauen Licht erfasst sie die roten und schwarzen Felder, im roten Licht sind es die blauen und schwarzen Markierungen.

Das ist nur eine der Redundanz-Dimensionen des Systems, um die Datensicherheit zu optimieren. Seine Firmware gleicht die optischen Signale mit einem sicheren Algorithmus direkt im Sensor ab. Jeder Code wird einer direkten und unabhängigen Plausibilitätsprüfung unterworfen. Eventuelle Fehlfunktionen wie die Ausgabe eines falschen Positionsdatums werden dank Farbabgleich sofort erkannt. Die Wahl der Beleuchtungsfarbe erfolgt mathematisch zufällig, ist aber dem verbauten Sicherheitscontroller bekannt. Er kann also die Signale mit dem Erwartungswert vergleichen und ermitteln, ob die Blitzfolge mit der erfassten Position übereinstimmt und somit plausibel ist.

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Die Ansteuerung der verschiedenfarbigen LED-Ringe des Sensors erfolgt direkt durch den Sicherheitsteil, der zugleich kontinuierlich die korrekte Funktion der Software überprüft. Die bereits überprüfte Information wird durch die integrierte Profinet-Profisafe-­Schnittstelle an die sichere Steuerung übermittelt. Ein zusätzlicher Funktionsbaustein zur Weiterverarbeitung der Positionsdaten gemäss SIL 3 und PL e ist damit nicht mehr erforderlich.

Die mit 15 × 15 mm überdurchschnittliche Grösse der Codes trägt ebenfalls zur Robust­heit des Gesamtsystems bei. Ein einziger Code des DataMatrix-Bandes genügt zur Positionsbestimmung auf der X-Achse. Da das 120 × 80 mm grosse Lesefenster des Sensors immer mehrere Codes erfasst, beeinträchtigen beschädigte Codes die Detektion nicht: Die Positionsdaten werden selbst bei kompromittierten Bandabschnitten auf 0,2 mm genau ausgegeben.

Metall-Codes für stark beanspruchte Bereiche

Wo AGVs unterwegs sind, gibt es allerdings unweigerlich Bereiche, an denen die auf dem Boden verlegten Codebänder besonders starker mechanischer Beanspruchung unterworfen sind. Das gilt vor allem für Kreuzungen, Tordurchfahrten oder Kurven, in denen die Fahrzeugräder die Bänder ständig überqueren und entsprechend abreiben oder beschädigen. Dort kann der Verschleiss grössere Abschnitte des Codebands betreffen, in denen trotz der beschriebenen Vorkehrungen keine Positionsinformation mehr erfasst werden kann.

Für solche Stellen hat Pepperl+Fuchs Codeleisten aus Metall entwickelt, auf denen die Code-Information in verschleissresistenter Form zur Verfügung steht. Die Codes sind mit einem speziell optimierten Verfahren auf Aluminiumleisten aufgedruckt und werden von einer anschliessend aufgebrachten Eloxalschicht geschützt. Ihre Haltbarkeit der Codeleisten wurde ausgiebigen Härtetests unterworfen: Selbst beständiges Überfahren beeinträchtigt die Code-Information nicht.

Die Leisten können auf drei Arten verlegt werden:

• 1. Direkte Verklebung auf dem Boden oder auf Trägern: Dank der Selbstklebeschicht auf der Unterseite der Schienen ist die Verlegung sehr einfach.

• 2. Montage in Überfahrschienen: Die Schienen werden im Boden verschraubt und bilden eine flache Bodenschwelle mit schrägen Schultern. Die Codeleisten werden mit der Selbstklebeschicht in die vorgesehene Aussparung eingeklebt.

• 3. Montage in Versenkschienen: In einer in den Boden gefrästen Nut wird die Versenkschiene verklebt und/oder verschraubt. Die Codeleiste wird auch hier auf die Schiene geklebt.

Die Metallschienen kann man mit den Standard-Codebändern aus Laminat kombinieren, sodass sowohl für Abschnitte mit starkem Verschleiss als auch für Strecken ohne mechanische Beanspruchung die optimale Lösung gewählt werden kann.

Auf Millimeterbruchteil genau

Neben anschlussfähigen Modulen für durchgehende Codebänder stehen auch geschlossene Schienen zur Verfügung. Sie dienen zur Positionsbestimmung an definierten Stationen, die zuvor durch freie Navigation angesteuert wurden. Ein Beispiel ist hier die Übergabe von Blechen an einen Schweissroboter. Mit einer PGV-Schiene kann das Fahrzeug auf einen Millimeterbruchteil genau an der Station positioniert werden. Erst wenn die Position anhand der Code-Information der geschlossenen Leiste verifiziert ist, wird die Sicherheitsbox des Roboters für die Materialübergabe geöffnet. Das safePGV-System schafft hier die Voraussetzung für eine sichere Anmeldung.

Im Gegensatz zu anderen optischen Positionierungssystem benötigt das safePGV-­System für die Positionsbestimmung nur eine einzige 2D-Kamera. Das reduziert nicht nur den Aufwand an Hardware, sondern macht auch die Positionsbestimmung einfacher und zugleich zuverlässiger. Bei Systemen mit zwei Kameras gibt es an einer Weiche abweichende Positionssignale, die durch zusätzliche Vorkehrungen abgeglichen und zusammengeführt werden müssen. Diese Komplikation entfällt mit dem safePGV ganz.

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