Le scanner radar fournit des données en 3D et améliore la cartographie des objets et de l'espace

Nous associons généralement la technologie radar aux contrôles de vitesse dans le trafic routier ou aux dispositifs de surveillance des vols. Mais depuis les années 2000, cette technologie est également de plus en plus utilisée dans les voitures elles-mêmes. Les systèmes actifs de régulation adaptative de la vitesse (ACC) utilisent un radar pour déterminer la distance et la vitesse des voitures qui les précèdent. Ces dernières années, les radars sont également devenus de plus en plus populaires dans l'automatisation industrielle. Les avantages qu'ils présentent par rapport aux technologies à ultrasons, aux capteurs optiques ou aux technologies de contact avec le support se révèlent payants dans de nombreuses applications, en particulier pour la mesure de niveau et de distance conventionnelle. 

En 2020, Turck avait déjà présenté ses premiers capteurs radar pour la mesure de niveau avec la série LRS, suivie en 2021 par les capteurs radar DR-M30 pour la mesure de distance. Les deux séries d'appareils fonctionnent dans la gamme des 120 GHz, ce qui est particulièrement avantageux en termes de portée et de résolution, c'est-à-dire de précision du signal. Turck lance à présent le capteur radar MR15-Q80, troisième élément de son portefeuille de radars. La forme du boîtier montre à elle seule qu'un nouveau type d'appareil a été ajouté à la gamme de produits. Contrairement aux appareils cylindriques pour les distances et les niveaux, le MR15-Q80 a un design plat et cubique. La technologie sous-jacente est également différente : Une antenne de 60 gigahertz fonctionne à l'intérieur du boîtier robuste IP69K. Par rapport à la bande de fréquence de 120 GHz, la fréquence inférieure offre une résolution plus faible, mais l'angle du faisceau est nettement plus large. Le MR15-Q80 détecte des objets avec un angle d'ouverture de 120 degrés horizontalement et de 100 degrés verticalement. 

Le capteur atteint une portée remarquable de 15 mètres, bien que cette valeur maximale puisse être réduite en fonction du matériau, de l'angle et des propriétés de surface des objets. Toutefois, les utilisateurs n'ont pas à s'inquiéter d'un manque de portée car les applications visées sont principalement la détection d'objets et l'évitement de collisions.

Contrôle de collision et détection d'objets pour les équipements mobiles

Le nouveau scanner radar de Turck offre une protection maximale IP69K contre les infiltrations d'eau et de poussière et répond à toutes les exigences en termes de conception de composants robustes pour le secteur de l'équipement mobile. Le M15-Q80 se distingue également en termes de résistance mécanique, puisqu'il peut supporter des chocs et des impacts allant jusqu'à 100 g. C'est sur ce point que la technologie radar diffère sensiblement de la technologie lidar basée sur le laser. Les systèmes lidar nécessitent des miroirs mobiles pour diriger les faisceaux laser dans tous les coins de la zone à scanner. Ces miroirs mobiles sont naturellement susceptibles d'être endommagés par les chocs et les vibrations. 

Les radars sont donc non seulement moins sensibles aux facteurs d'interférence tels que la poussière, le brouillard ou les réflexions lumineuses, mais ils sont aussi beaucoup plus robustes sur le plan mécanique. Outre sa résistance aux chocs violents, le MR15-Q80 peut également supporter des tensions d'alimentation de 12 ou 24 volts, qui sont utilisées dans les systèmes électriques des véhicules des équipements mobiles - le capteur peut également supporter sans dommage d'éventuelles pointes de tension. Turck positionne le MR15-Q80 comme un capteur permettant d'éviter les collisions et de détecter les objets pour toutes les tâches non liées à la sécurité. Il détecte les objets dans son environnement et, contrairement à d'autres appareils comparables, fournit des valeurs mesurées dans les trois dimensions. Pour les équipements mobiles, le nouveau scanner radar est actuellement le seul appareil sur le marché capable de fournir une mesure tridimensionnelle via le protocole de communication SAE J1993 pour le bus CAN.

Cartographie réaliste de l'espace grâce aux données 3D

Le MR15-Q80 fournit des valeurs de distance et de vitesse pour les objets sur les trois axes spatiaux. Cela signifie que l'environnement et tous les objets qui s'y trouvent peuvent être représentés avec beaucoup plus de précision. Les machines, en particulier celles dont les bras ou les flèches se trouvent à des hauteurs différentes, reçoivent des informations supplémentaires précieuses sur leur environnement. Grâce aux informations en 3D, le système de commande sait non seulement où commence un obstacle, mais aussi où il se termine et où la machine peut opérer avec ses bras. Il existe de nombreux autres domaines d'application où une connaissance précise de l'espace devant les machines peut s'avérer utile, par exemple lors de l'enregistrement de la topographie et des affleurements rocheux dans l'exploitation minière.

Identifier des animaux et des objets sur le terrain

Une autre application dans le secteur des équipements mobiles est la détection d'animaux et d'objets dans les champs. Le scanner radar de Turck peut être monté sur la moissonneuse-batteuse directement sur l'unité de battage pour surveiller le champ devant elle. Grâce aux différentes propriétés de réflexion des animaux, des objets et des tiges de céréales, le capteur peut détecter des objets étrangers dans le champ qui pourraient être endommagés ou endommager l'unité de battage. Grâce à des angles d'ouverture importants de 120 degrés à l'horizontale et de 100 degrés à la verticale et à une portée de 15 mètres, le scanner radar peut détecter de manière fiable si le champ situé devant la moissonneuse-batteuse peut être récolté sans problème.

Six rayons d'avertissement réglables et trois espaces de signalisation

Pour ces applications et d'autres, les utilisateurs peuvent définir des rayons d'avertissement qui déclenchent un signal de commutation dès qu'un objet se trouve à l'intérieur de ces rayons. Les signaux de commutation peuvent également être déclenchés de manière fiable par certains seuils d'intensité, qui sont importants pour distinguer les objets. Cependant, le contrôleur peut également évaluer entièrement le signal IO-Link afin d'utiliser toute la densité d'information. Jusqu'à six champs d'alerte librement définissables et trois espaces de signalisation tridimensionnels peuvent être appris et reliés à l'une des deux sorties de commutation. Si l'un de ces champs d'alerte se trouve dans l'ombre du radar parce qu'un objet se trouve entre le capteur et le champ, le capteur le reconnaît également et émet un message approprié. 

Une autre application possible sur les équipements mobiles est l'avertisseur d'angle mort, c'est-à-dire la surveillance des zones de la machine qui sont difficiles à voir. Le véhicule peut être endommagé si des objets s'y trouvent. Les rayons d'alerte et les espaces de signalisation sont également utiles pour ces tâches afin d'émettre des signaux d'alerte en temps utile.

Prévention des collisions dans l'intralogistique

D'autres domaines d'application apparaissent également dans l'intralogistique. Les chariots de manutention et les véhicules à guidage automatique (AGV), en particulier, ont besoin de capteurs pour naviguer et éviter les collisions. Les scanners LIDAR sont normalement utilisés pour la surveillance de l'environnement axée sur la sécurité. Toutefois, ils ne conviennent que dans une certaine mesure à la surveillance verticale des trajectoires de levage sur les chariots élévateurs autonomes, car ils ne détectent généralement qu'un petit angle d'ouverture vertical. Des radars et des scanners de sécurité spéciaux seraient également surdimensionnés et donc trop coûteux pour la fonction de contrôle de la hauteur, qui n'a rien à voir avec la sécurité. 

Contrôle de la hauteur

Le scanner radar 3D de Turck fournit les informations nécessaires dans les trois dimensions de l'espace et détecte ainsi les obstacles et l'environnement dans leur intégralité. Ces informations facilitent également le contrôle précis et sûr des mouvements de levage. Les données scannées peuvent également être utilisées pour garantir les hauteurs de passage et éviter d'endommager les véhicules, les marchandises et les éléments de l'installation. Les systèmes de caméras sont souvent utilisés pour ces tâches, mais ils sont plus coûteux et généralement beaucoup plus complexes à mettre en place.

Mise en service simplifiée et visualisation en temps réel dans TAS

Le paramétrage de ces capteurs complexes, qui émettent plus qu'un simple signal analogique ou un ou deux signaux de commutation, est souvent un défi. Turck assiste les utilisateurs avec son logiciel de configuration et d'IIoT TAS (Turck Automation Suite). Cette boîte à outils facilite grandement la mise en service et le réglage optimal des filtres de signal et d'intensité, des angles de détection ou des rayons d'avertissement. Le logiciel visualise toutes les données brutes du capteur en temps quasi réel dans le navigateur web. Les objets sont affichés sous forme de points et de nuages de points sur deux graphiques, l'un pour les données verticales et l'autre pour les angles de détection horizontaux.

Turck propose deux variantes du scanner radar 3D : l'une avec IO-Link et l'autre avec une interface SAE-J1939, principalement utilisée pour les équipements mobiles. Outre l'interface pour les données 3D, les deux appareils disposent de deux sorties de commutation classiques qui peuvent être déclenchées par différentes valeurs de seuil.

L'auteur : Raphael Penning est chef de produit pour les capteurs de distance chez Turck.