Na současném trhy je mnoho různých optických senzorů a snímačů, ale většinou jde jen o jednoduchá provedení hlídající či detekující předměty pouze ve velmi omezeném či úzkém prostoru v řádu jen desítek centimetrů. Existují však v tomto směru i výrazněji "výkonnější" zařízení, která dokáží skenovat prostor v řádu několika metrů čtverečních či plochu vymezující půlkruhem 180° s poloměrem i mnoho metrů. Takovéto snímače samozřejmě neslouží k detekci přítomnosti miniaturních předmětů typů špendlíková hlavička, ale jsou primárně určeny pro zajištění a kontrolu vymezeného prostoru proti pohybu či přítomnosti lidí či jiným živočichů, či pro detekci větších předmětů v průmyslu typu robotická ruka, přepravní vozík, paleta, krabice apod. I když stále častěji se vyskytují provedení, která dokáží detekovat i relativně malé předměty v řádu jen jednotek centimetrů při zachování výše nastíněného velkého detekčního prostoru. Mezi takové vyspělé "skenery prostoru" patří i zařízení společnosti Leuze electronic s názvem Rotoscan RS4, které je v České republice možné zakoupit u společnosti Schmachtl CZ se sídlem ve Vestci u Prahy.

Co to je ROTOSCAN?

Leuze Rotoscan je optické bezpečnostní snímací zařízení provádějící neustálou detekci přítomnosti libovolných předmětů velikosti od jednotek centimetrů v přednastavených hlídaných prostorách. Ty prostory se v rámci maximálního snímacího dosahu zařízení vymezují graficky prostřednictvím programovacího softwaru na PC a následným nahráním dat do snímače. Protože snímač pracuje na principu postupného vysílání světelných paprsků do všech stran v rámci půlkruhu 190° a měří dobu odrazu od nejbližšího předmětu, detekuje veškeré libovolné předměty, ať již živé či neživé povahy. Narozdíl tak například od známých infračervených PIR čidel detekuje i nepohybující se a teplo nevydávající objekty. Je tak ideální jako hlavní bezpečností detekční systém pro zajištění ochrany přístupu nejen osob, ale i jiných předmětů do provozně nebezpečných prostor (např. v průmyslové výrobě), kde například hrozí kolize či zasažení jiným předmětem, zařízením či chemickými přípravky a látkami. Takové prostory se doposud obvykle zajišťovaly hlavně pevnými zábranami typu zábradlí, plotů či celých pevných stěn a jen u nutných montážních či transportních otvorů se ochrana zajišťovala osazením bezpečnostních optozávor, často ve formě tzv. optických "záclon a stěn" hlídajících celý prostor a neumožňující nestřežený vnik.

S pomocí zařízení ROTOSCAN je však možné silně minimalizovat použití pevných zábran, protože jeho nastavení umožňuje přesně definovat prakticky libovolný tvar detekovaného prostoru, ať již to má být zmíněný pravidelný půlkruh nebo půl elipsy, hranami vymezený prostor tvaru libovolného trojúhelníka, čtverce, obdélníku, lichoběžníku či prakticky jiný libovolný prostor, který jste jako uživatel schopen "namalovat" na definiční plochu nastavovacího / programovacího softwaru pro PC s OS Windows. Potřebujete například hlídat čtvercový prostor v řádu několika metrů čtverečních (m2) před pracovním strojem? Nebo například zajistit hlídání kruhového prostoru před vitrínou? Se zařízením ROTOSCAN to není prakticky žádný problém. Prostě jen požadovaný tvar plochy nadefinujete ("nakreslíte") na konfigurační plochu speciálního PC programu, který je samozřejmě dodáván zdarma a je to.

Příklady použití bezpečnostního snímače Leuze Rotoscan RS4.

Samozřejmě vymezený detekovaný prostor musí být nastaven a zvolen tak, aby do něho nezasahoval žádný předmět. Pokud se v daném prostoru nějaký nachází (například roh stěny, nějaká konstrukce apod.), je možné jej "vymaskovat", což zde prostě znamená, změnit libovolně hranici detekované oblasti tak, aby objekt byl již mimo vyhodnocovanou oblast. Aby to nebylo příliš složité, je možné při definování hraniční křivky detekční oblasti připojit k PC již konkrétní snímač a nechat si v živém náhledu v PC zobrazit aktuální proskenované okolí. Pak zobrazí i všechny aktuální kontury předmětů v blízkosti snímače (kontury částí natočených směrem ke aktivní / skenovací části snímače. Ty pak prakticky vymezují prostor, kde je možné volit a nastavit hlídanou oblast, aniž by okolí detekci rušilo. Z tohoto pohledu je vždy velmi důležité dobře rozmyslet a zvolit umístění a natočení snímače.  

Možnost uložit více "map prostorů" a pak je aktivovat pomocí dvoustavových signálových vstupů dle aktuální provozní situace například umožňuje u paletizačního stroje zamezit / hlídat selektivně upravovat hlídaný prostor podle natočení robota či aktuální polohy vozíku.

Příklad definování kontrolovaných oblastí (zelená varovná a červená bezpečnostní kritická).

Pomocí softwarového konfiguračního pomocníka / průvodce postupně můžete navolit další parametry (citlivost snímače na velikost objektu, softwarově zmenšit vyhodnocovaný prostor, nastavit rychlost pohybu předmětů pro optimalizace detekce, režim aktivace automat / s potvrzením apod.), nahrajete jej následně do snímače a pak již můžete jen hlídat sepnutí / rozepnutí jednoho ze dvou spínaných výstupů, LED indikaci na čele snímače či přímo sledovat stav na monitoru připojeného PC a to je prakticky vše. Pro běžné aplikace však je možné je nechat v základním defaultním nastavení, nic neměnit. Pak už stačí celý snímač upevnit na stěnu prostoru či na rám stroje, připojit napájení a zapojit výstupy k bezpečností akusticko-optické indikaci a případně k ovládacímu vstupu zařízení a strojů, které při se při narušení hlídaného prostoru mají zastavit či naopak spustit.  

Ukázky oken a voleb jednotlivých menu konfiguračního a diagnostického PC softwaru "RS4soft".

Postřehy z testování snímače ROTOSCAN RS4-4

Já jsem měl možnost si s laskavostí české společnosti Schmachtl CZ prakticky vyzkoušet funkci konkrétně typu Rotoscan RS4-4, kde dvě čtyřky v názvu říkají, že jde o provedení  s dosahem do vzdálenosti 4 metry při rozlišení předmětu o velikosti od 70 mm. V nabídce společnosti Leuze jsou však kolegové i s jinými těmito parametry. Toto je takový "univerzální střed" celé řady.

Ale pojďme od začátku. Celý snímač je na dnešní obecně zažité poměry na velikost snímačů dost velký. Jeho rozměry jsou konkrétně 140 x 155 x 135 mm. Ale není se zase čemu divit, uvážíme-li fakt, že uvnitř je optický vysílač světelných pulsů tvořený infračerveným laserem, optický přijímač a hlavně horizontální rotační skenovací mechanismus, který bleskurychle postupně periodicky vysílá (rozmítá) paprsky světla do celé skenované oblasti v podobě půlkruhu (v praxi až 190°) s úhlovým rozlišením 0,36°  a rychlostí 25 skenů za sekundu (1 proskenování celého prostoru = 40 ms).

Z pohledu detekce je celý tento rozsah rozdělen do celkem 528 segmentů ("okének"). V nastavení snímače pak lze tento skenovací prostor z pohledu detekce softwarově omezit právě zadáním počátečního a koncového okénka, např. 100 až 400. Skenovací systém sice nadále skenuje celý maximální prostor, ale elektronicky se vyhodnocuje přítomnost objektů jen v zadaném rozsahu. Z pohledu vzdálenosti detekce je pro spolehlivé zachycení jakéhokoliv předmětu (tzv. Protection area) definován u této verze RS4-4 dosah 4 m. Přičemž ve varovné zóně (tzv. Warning area) lze při 20% odrazivosti objektu alespoň teoreticky využít vzdálenosti až 15 m. V obou těchto oblastech lze v softwarovém nastavení přístroje zvolit rozlišení 70 nebo 150 mm.  

Bezpečnostní snímač Leuze ROTOSCAN RS4-4.

Ve výše vymezeném skenovaném prostoru pak lze prostřednictvím ovládacího / diagnostického PC softwaru "RS4soft" číselně souřadnicemi nebo graficky myší nadefinovat až 4 různé "Protection" a "Warning" kontrolované oblasti, a která z nich se pak v praxi bude ve snímači využívat, se následně definuje přivedením 24 V napětí na příslušný řídící dvoustavový vstup. Takže pokud Vám například zcela vyhovuje použití jen jednoho nastavení oblasti, stačí definovat nastavení č. 1 a dalšími se již není nutné zabývat.

V případě grafického režimu nastavení se zelenou čárou definuje oblast varování (Warning Area) a červeně pak chráněná oblast (Protection Area). Nejdříve však je nutné zvolit jakou z možných čtyř nastavení budete upravovat a pak také tedy kterou z oblastí (Protection Area 1 až 4, resp. Warning Area 1 až 4). Toto se dá provádět i bez připojeného snímače a nastavení uložit do souboru na harddisk PC až do dobu, kdy budeme k snímači připojeni, pro případ zálohy, kopírování do dalších snímačů či i pro možnost se později podívat na nastavení i bez přímého fyzického připojení snímače. Datová komunikace mezi PC a snímačem probíhá přes klasický 9-pinový konektor sériového přenosu RS-232 (případně RS-422), který je umístěn na horní straně pouzdra snímače.

Pokud připojíte snímač již během definování oblastí, spustí a zobrazí se žlutě reálný náhled kontur aktuálně skenovaného prostoru (předmětů a objektů, které se nacházejících v dosahu). Takže pokud bude snímač umístěn fixně na jednom místě, lze tak rovnou přizpůsobit návrh hlídané oblasti skutečnosti. Zelenou i červenou oblast lze nastavit prakticky libovolně, pouze žlutá oblast musí být větší (musí mít větší poloměr) než zóna červená, což je však logické.

Příklady definování varovného zeleného a bezpečnostního červeného prostoru. Žlutá křivka ukazuje aktuální hranice okolí, které snímače Rotoscan vidí. Před zahájením "kreslení" je vždy nutné zvolit, jakou oblast chcete měnit.

Při následné běžné funkci snímače se v závislosti na tom, zda se nějaký předmět nachází ve zelené varovné zóně (Warning area) nebo v červené chráněné zóně (Protected area), aktivuje příslušná kombinace indikačních LED čele přístroje a aktivují / deaktivují dva varovné spínané tranzistorové PNP výstupy "Alarm 1 / Alarm 2" nebo dva spínané "ochranné" výstupy OSSD1 / OSSD2. Ty jsou také tranzistorové PNP, ale navíc mají vestavěnou ochranu proti zkratu a kontrolu správné funkce. Ty se nacházejí společně s ovládacími dvoustavovými vstupy (včetně vstupů pro volbu 1 z 4 uložených detekčních oblastí) na 15pinového CANON konektoru, který zároveň slouží i pro přivedení stejnosměrného napájení 24 VDC. Mimo to navíc také slouží i jako rozhraní pro uložení / natažení aktuálních parametrů snímače do externí flash paměti zvanou "ConfigPlug", kterou lze následně použít při nějakém nežádoucím přepsání nastavených dat či pro snadné kopírování nastavení mezi dalšími rotoscannery Leuze. Tento paměťový modul vypadá stejně jako normální připojovací 15pin. konektor, ale proti němu obsahuje na konektoru nasazenou malou destičku plošných spojů s přepínačem, kterým se určuje, zda se data s připojením napájení mají do paměti natáhnout nebo naopak přenést do snímače.

Příklad připojení snímače Leuze ROTOSCAN RS4-4 k PLC.

Jinak při běhu snímače jeho stav vizuálně indikuje celkem 5 velkých barevných indikačních LED, kde však každá má více funkcí, takže je nutné si předem dobře osvojit, co jaká "barevná svítící kombinace" vlastně znamená. Mimo indikaci správné funkce, hlášení detekce objektu ve varovné či chráněné oblasti, také ukazují chyby typu "není vstupem zvoleno žádné nastavení oblastí", " čelní zrcadlo je špinavé" či například "data byla přenesena do ConfigPlug".  Výhodou toho je, že dle rozboru barev a blikání lze i bez připojeného PC a stažení stavového a chybového hlášení "vyklíčovat", co se děje, ale na druhou stranu to není moc pro běžnou obsluhu přehledné.  Někdy může méně znamenat i více.

Popis pouzdra snímače Leuze ROTOSCAN RS4-4.

Postřehy z užívání konfiguračního softwaru "RS4soft Version 1.20"

U samotného softwaru "RS4soft Version 1.20" však mi osobně moc nevyhovoval styl jeho ovládání, který se mi nezdál příliš intuitivní. Musel jsem dost hledat v manuálu k tomuto softwaru, který lze snadno stáhnout ze stránek výrobce (společnosti Leuze), abych zjistil, jak se k té či oné funkci dostat, či co přesně znamená. Například při zmíněném grafickém nastavování varovných a chráněných oblastí není možné měnit obě oblasti současně, ale vždy je nutné překlikávat mezi položkami "Protection Area" a "Warning Area" pomocí vyvolání menu, což práci trošku zpomaluje.

 Také režim přístupu k jednotlivým možnostem nastavení přes vkládání hesla již u čerstvě vybaleného nového přístroje mi přijde trochu zbytečné. Přesněji řečeno v základní uživatelské hladině "Operator [Op]" je možné jen kontrolovat funkci snímače, ale nelze měnit nic z nastavení. To je možné až v autorizované hladině "Authorized Customer [AC]", do které lze přejít jen vložením hesla a to i při konfiguraci nově dodaného snímače od výrobce. To mi připadá trošku zbytečné, když ještě snímač nemá žádné konkrétní nastavení a není tedy co chránit. Navíc základní defaultní heslo je pro tento stav dost skrytě uvedeno v textu manuálu (heslo zní "RS4LEUZE"), což mi nejdříve trvalo dost dlouho ho tam najít. Tedy bez manuálu či předchozích znalostí Rotoscan RS4 prostě nenastavíte. Možná by stačila jen možnost nastavit si vlastní přístupové heslo pro zabezpečení nepovolaného přístupu až po prvním nastavení a u nových snímačů nechat přístup zcela volný (bez hesla).

Veškerou konfiguraci snímače  je možné provádět jen po přihlášení pomocí hesla do uživatelské úrovně "Authorized Customer [AC]".

Na druhou stranu má ovládací software dost kvalitně vytvořený tzv. průvodce nastavením (Configuration Wizard), který postupně zobrazuje okna s jednotlivými položkami i včetně krátkého popisu, co je k čemu určeno, takže není nutné všechny nastavovací parametry jednotlivě hledat někde v menu (např. nastavení aplikace, rozlišení, potlačení prachu atd.). Toto zvláště novým uživatelům významně urychlí první pokusy o definování vlastního nastavení.

Nastavení snímače pomocí průvodce "Configuration Wizard" je velmi jednoduché - zde příklady dvou oken.

Základní parametry bezpečnostního snímače ROTOSCAM RS4-4:

• Hlídaný prostor: 0 až 190°, 200 až 4000 mm.
• Skenovaný prostor: 190° a až 15 m (pro předměty 150 x 150 mm).
• Úhlové rozlišení posuvu: 0,36° s tolerancí +/- 0,18°.
• Rozlišení objektů: 70 nebo 150 mm.
• Vysílač:
  • laser třída 1, vlnová délka světla 905 nm,
  • skenovací frekvence: 25 skenů/s = 40 ms na 1 sken celého prostoru.
• Elektrická rozhraní:
  • RS-232 (příp. RS-422) komunikace s PC, 9pin. CANON konektor,
  • ConfigPlug - záloha parametrů a ovládací dvoustavové vstupy / výstupy a  na 15pin. CANON konektoru
  • 2x spínané bezpečností výstupy OSSD1 a OSSD2 (PNP tranzistory s ochranou proti zkratu a s kontrolou funkce, max 250 mA, max. 1 kHz),
  • 2x spínané Alarm výstupy \ PNP tranzistory,
  • rychlost odezvy PF (protection) a WF (warning) sepnutí výstupů 80 až 640 ms,
  • dvoustavové 24V vstupy opticky oddělené.
• Funkce spuštění po vyvolaném hlášení:
  • Automatic start/restart - obnovení funkce hned po odstranění předmětu z hlídané oblasti,
  • Start / Restart interlock - obnovení funkce až po potvrzení (odkvitování),
  •  Start Test - pro opětovné spuštění je nutné krátce protnout paprsek (test).
• Další funkce:
  • režim potlačení vlivu prachu,
  • přizpůsobení detekce při upevnění na pohyblivém vozíku (pro rychlost pohybu až 4000 mm/s),
  • detekce pohybu předmětů velikosti 100 až 6000 mm,
  • přenos z jednoho snímače do dalších bez PC přes ConfigPlug rozhraní.
• Krytí: IP 65.
• Provozní teplota: 0 až 50°C.
• Napájení / příkon: 24 V / cca 10 W (max. 28 W).
• Rozměry: 140 x 155 x 135 mm.
• Hmotnost: cca 2 kg.
• Pouzdro: hliníkovo-plastové.

Závěr

Bezpečnostní snímač ROTOSCAN  RS4-4 německé společnosti Leuze electronic GmbH je z celkového pohledu výborné, jednoduché a velmi užitečné zařízení, které lze využít nejen pro aplikace zabezpečení téměř libovolného prostoru proti vstupu či pohybu osob i objektů, pro které je primárně určeno, ale i pro aplikace navádění robotů či robotických zařízení manipulující s různými objekty, jako jsou paletizační systémy či samonavádějící přepravní vozíky. I když nastavovací software by z mého pohledu snesl trošku intuitivnější ovládání, tak se staženým podrobným manuálem si lze na něj postupně zvyknout. Pak již je změna nastavení hračkou.

Odkazy:

Stránky výhradního dovozce zařízení ROTOSCAN, společnosti SCHMACHTL – http://www.schmachtl.cz
Stránky výrobce snímačů ROTOSCAN, společnosti Leuze electronic GmbH  – http://www.leuze.com

Související články:

http://www.hw.cz/schmachtl-20-vyroci-a-temer-80-let-tradice-na-ceskem-trhu