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maschine+werkzeug 05/2019

Hochauflösende Radarmodule

Sensorik

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF entwickelt kompakte und hochauflösende Radarsysteme für eine deutliche Effizienzsteigerung verschiedener industrieller Prozesse.

Radarbasierte Sensorik optimiert die Automatisierung von Produktions- und Logistikprozessen und sorgt für eine effizientere Wertschöpfung. Bild: ipopba – stock.adobe.com

Radarbasierte Sensorik optimiert die Automatisierung von Produktions- und Logistikprozessen und sorgt für eine effizientere Wertschöpfung. Bild: ipopba – stock.adobe.com

Die am Fraunhofer IAF entwickelten Radare arbeiten im Frequenzbereich der Millimeterwellen, die viele nicht metallische Materialien wie Kunststoff, Pappe, Holz, Textilien oder auch Staub, Rauch und Nebel durchdringen. Sie sind in der Lage, Abstände, Distanzen und Geschwindigkeiten präzise zu messen, auch wenn die Objekte optisch schwer erkennbar oder gar verdeckt sind.

Forscher des Fraunhofer IAF nutzen diese Eigenschaften von Millimeterwellen, um hochauflösende Radarmodule für den Einsatz in der Industriesensorik zu entwickeln. Auf der diesjährigen Hannover Messe präsentierten die Fraunhofer-Forscher ein kompaktes W-Band-Radar (75–110 GHz), das verpackte Güter berührungslos auf Inhalt und Vollständigkeit prüft. So können fehlerhafte Warenlieferungen noch vor dem Versand aussortiert werden, um Rückläufe zu minimieren.

Bei jeder Sicht messen

Bislang werden zur Präsenzdetektion im Produktionsablauf meist optische Sensoren wie etwa Laser eingesetzt. Der Nachteil ist, dass Laser bei schlechten Sichtverhältnissen versagen und nicht hinter optischen Barrieren messen können. Das W-Band-Radar hingegen liefert hochpräzise Abstandsmessungen bei jeder Sicht und mit einer Genauigkeit im Submillimeter-Bereich.

Die am Fraunhofer IAF entwickelte Radartechnologie bietet auch über die Präsenzdetektion hinaus eine breite Anwendungspalette: »Unsere Radarsensorik kann überall eingesetzt werden, wo eine berührungsfreie Materialprüfung oder hochpräzise Abstandsmessungen unter schwierigen Bedingungen wie Hitze oder eingeschränkter Sicht erfordert sind«, erklärt Christian Zech, Forscher am Fraunhofer IAF. Derzeit entwickelt das Freiburger Fraunhofer-Institut in mehreren Projekten Adaptionen seiner Radartechnologien an spezifische industrielle Anforderungen.

So realisiert das Projektteam um Zech eine Adaption des Radars im Rahmen einer Mensch-Roboter-Kollaboration, die der Personensicherheit dient. Zukünftig sollen Menschen und Roboter in Produktionsumgebungen vermehrt direkt und auf engem Raum interagieren. Dabei müssen die Systeme zu jedem Zeitpunkt die Personensicherheit gewährleisten. Gleichzeitig sorgt eine möglichst unterbrechungsfreie Bewegung des Roboters für maximale Effizienz.

Das Forscherteam arbeitet an einer neuen Lösung für die Sicherheit des Menschen mithilfe von kompakten, hochauflösenden Radarsystemen, die die Kollaborationsräume überwachen, dynamische Schutzzonen berechnen und die Geschwindigkeit beziehungsweise Bewegungsrichtung des Roboters situationsabhängig anpassen. So kann der Roboter seine eigenen Bewegungen an die menschlichen Aktionen anpassen, ohne dabei seine Tätigkeit zu unterbrechen, und damit eine sichere und gleichzeitig effiziente Kollaboration garantieren.

»Mit solch einem Radar-Sicherheitssystem können jeweils maximal mögliche Bewegungsgeschwindigkeiten bei minimalem Abstand realisiert werden. Das führt zu einer schnelleren und dadurch effizienteren Zusammenarbeit des Menschen mit dem Roboter«, resümiert Christian Zech, Leiter des Projekts ›RoKoRa – Sichere Mensch-Roboter Kollaboration mit Hilfe hochauflösender Radare‹.

Die Stahlindustrie ist eine der energieintensivsten Branchen überhaupt. Thermoprozessanlagen und Industrieöfen verbrauchen etwa 40 Prozent der gesamten industriell genutzten Energie. Um international wettbewerbsfähig zu bleiben, muss die Stahlbranche die Energieeffizienz der bestehenden Produktionsanlagen steigern und damit den Energieverbrauch deutlich senken.

Warmwalzwerke

Zu diesem Zweck entwickelt ein multidisziplinäres Konsortium mit Beteiligung des Fraunhofer IAF eine radarbasierte Messtechnologie für Warmwalzwerke: Zusätzlich zu einer robusten und hochauflösenden Erfassung von Abständen und Positionen bei Flachstahl soll die entwickelte Radarsensortechnologie präzise und berührungslos Längen- und Geschwindigkeiten messen.

»In Warmwalzwerken herrschen raue Bedingungen – sehr hohe Temperaturen, Staub, hohe Luftfeuchtigkeit und Dampf erschweren den Einsatz optischer Messsysteme. Eine hochauflösende Radarsensorik kontrolliert präzise Band- und Prozessgrößen und gewährleistet damit eine Reduzierung des Ausschusses beziehungsweise Erhöhung des Ertrags. Das spart Ressourcen und Energie«, erläutert Benjamin Baumann, Leiter des Projekt ›RAD-Energy: Steigerung der Energieeffizienz im Warmwalzwerk durch revolutionäre Hochpräzisionsradar-Messtechnologie‹ auf Seiten des Fraunhofer IAF.

Das kompakte W-Band-Radar ist in der Lage, Abstände, Distanzen und Geschwindigkeiten präzise zu messen, auch wenn die Objekte optisch schwer erkennbar oder gar verdeckt sind.  Bild: Fraunhofer IAF

Das kompakte W-Band-Radar ist in der Lage, Abstände, Distanzen und Geschwindigkeiten präzise zu messen, auch wenn die Objekte optisch schwer erkennbar oder gar verdeckt sind. Bild: Fraunhofer IAF

Doch die Millimeterwellen-Radartechnologie kann sogar in das Material eindringen, um beispielsweise Defekte und deren genaue Position zu detektieren. In dem Projekt ›InFaRo‹ entwickelt das Forscherteam eine innovative Prüfmethodik für Rotorblätter von Windkraftanlagen.

www.iaf.fraunhofer.de

Unternehmensinformation

Fraunhofer-Institut für angewandte Festkörperphysik IAF

Tullastr. 72
DE 79108 Freiburg
Tel.: 0761-5159-0
Fax: -111

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