El escáner de radar proporciona datos en 3D y mejora la cartografía espacial y de objetos

Normalmente asociamos la tecnología del radar a los controles de velocidad en carretera o a los dispositivos de vigilancia de vuelos. Pero desde la década de 2000, esta tecnología también se utiliza cada vez más en los propios coches. Los sistemas de control de crucero adaptativo activo (ACC) utilizan radares para determinar la distancia y la velocidad de los vehículos que circulan por delante. En los últimos años, los radares también se han popularizado en la automatización industrial. Especialmente en la medición de nivel y de distancias convencionales, las ventajas sobre las tecnologías de ultrasonidos, sensores ópticos o de contacto con el medio compensan en muchas aplicaciones. 

En el año 2020, Turck ya había presentado sus primeros sensores de radar para la medición de nivel con la serie LRS, seguidos de los sensores de radar DR-M30 para la medición de distancia en 2021.
Ambas series de dispositivos operan en el rango de 120 GHz, lo que es especialmente beneficioso en términos de alcance y resolución, es decir, la precisión de la señal.Turck lanza ahora el sensor de radar MR15-Q80 como tercer miembro de su cartera de radares.Ya sólo la forma de la carcasa indica que se ha añadido un nuevo tipo de dispositivo a la gama de productos.A diferencia de los dispositivos cilíndricos para distancias y niveles, el MR15-Q80 tiene un diseño plano, en forma de cubo. La tecnología subyacente también es diferente: Dentro de la robusta carcasa IP69K funciona una antena de 60 gigahercios. En comparación con la banda de frecuencia de 120 GHz, la frecuencia más baja proporciona una resolución menor, pero el ángulo del haz es significativamente más amplio. El MR15-Q80 detecta objetos con un ángulo de apertura de 120 grados en horizontal y 100 grados en vertical. 

El sensor alcanza un alcance de hasta unos notables 15 metros, aunque este valor máximo también puede reducirse en función del material, el ángulo y las propiedades de la superficie de los objetos. Sin embargo, los usuarios no tienen que preocuparse por la falta de alcance, ya que las aplicaciones a las que va dirigido son principalmente la detección de objetos y la evitación de colisiones.

Control de colisiones y detección de objetos para equipos móviles

El nuevo escáner de radar de Turck ofrece la máxima protección IP69K contra la entrada de agua y polvo y cumple todos los requisitos en cuanto a diseño de componentes robustos para el sector de equipos móviles. El M15-Q80 también destaca en términos de resistencia mecánica, ya que puede soportar golpes e impactos de hasta 100 g. Aquí es donde la tecnología de radar difiere significativamente de la tecnología lidar basada en láser. Los sistemas Lidar requieren espejos móviles para dirigir los rayos láser a todos los rincones de la zona que se desea escanear. Estos espejos móviles son susceptibles de sufrir daños mecánicos causados por impactos y vibraciones. 

Por tanto, los radares no sólo son menos sensibles a factores de interferencia como el polvo, la niebla o los reflejos de la luz, sino que también son mucho más robustos desde el punto de vista mecánico. Además de su resistencia a los golpes fuertes, el MR15-Q80 también puede soportar tensiones de alimentación de 12 o 24 voltios, que se utilizan en los sistemas eléctricos de los vehículos de equipos móviles - el sensor también puede soportar posibles picos de tensión sin sufrir daños. Turck está posicionando el MR15-Q80 como un sensor para evitar colisiones y detectar objetos en todas las tareas no relacionadas con la seguridad. Detecta objetos en su entorno y, a diferencia de otros dispositivos similares, proporciona valores medidos en las tres dimensiones. Para equipos móviles, el nuevo escáner de radar es actualmente el único dispositivo del mercado que puede emitir una medición tridimensional a través del protocolo de comunicación SAE J1993 para el bus CAN.

Cartografía espacial realista gracias a los datos 3D

El MR15-Q80 proporciona valores de distancia y velocidad de los objetos en los tres ejes espaciales. Esto significa que el entorno y todos los objetos que lo componen pueden representarse con mucha más precisión. En particular, las máquinas con brazos o plumas a diferentes alturas reciben valiosa información adicional sobre su entorno. Gracias a la información 3D, el sistema de control no sólo sabe dónde empieza un obstáculo, sino también dónde termina y dónde puede operar la máquina con sus brazos. Hay muchos otros ámbitos de aplicación en los que puede ser útil conocer con precisión el espacio que hay delante de las máquinas, por ejemplo, al registrar la topografía y los afloramientos rocosos en minería.

Identificación de animales y objetos sobre el terreno

Otra aplicación en el sector de equipos móviles es la detección de animales y objetos en los campos. El escáner de radar de Turck puede montarse en la cosechadora directamente en la unidad de trilla para vigilar el campo que tiene delante. Debido a las diferentes propiedades reflectantes de los animales u objetos y de los tallos del grano, el sensor puede detectar objetos extraños en el campo que, o bien se dañarían ellos mismos, o bien podrían dañar la unidad de trilla. Gracias a los amplios ángulos de apertura de 120 grados en horizontal y 100 grados en vertical y a un alcance de hasta 15 metros, el escáner de radar puede detectar con fiabilidad si el campo situado delante de la cosechadora puede cosecharse sin problemas.

Seis radios de advertencia ajustables y tres espacios de señalización 

Para estas y otras aplicaciones, los usuarios pueden definir radios de advertencia que activen una señal de conmutación en cuanto un objeto se encuentre dentro de ellos. Las señales de conmutación también pueden activarse de forma fiable mediante determinados umbrales de intensidad, que son importantes para distinguir objetos. Sin embargo, el controlador también puede evaluar completamente la señal IO-Link para utilizar toda la densidad de información. Hasta seis campos de advertencia libremente definibles y tres espacios de señal tridimensionales pueden enseñarse y vincularse a una de las dos salidas de conmutación. Si uno de estos campos de advertencia se encuentra en la sombra del radar porque hay un objeto entre el sensor y el campo, el sensor también lo reconoce y emite el mensaje correspondiente. 

Otra posible aplicación en equipos móviles es el aviso de ángulo muerto, es decir, la vigilancia de zonas de la máquina difíciles de ver. El vehículo puede sufrir daños si hay algún objeto situado allí. Los radios de advertencia y los espacios de señalización también son útiles para estas tareas a fin de emitir señales de advertencia a tiempo.

Prevención de colisiones en intralogística

En intralogística también están surgiendo campos de aplicación alternativos. Las carretillas industriales y los vehículos de guiado automático (AGV), en particular, requieren tecnología de sensores para navegar y evitar colisiones. Los escáneres LIDAR se utilizan normalmente para la vigilancia del entorno orientada a la seguridad. Sin embargo, sólo son adecuados para la supervisión vertical de las trayectorias de elevación en carretillas elevadoras autónomas de forma limitada, ya que suelen detectar un ángulo de apertura vertical pequeño. Además, los radares y escáneres de seguridad especiales serían demasiado grandes y, por tanto, demasiado caros para la función no relevante para la seguridad del control de altura. 

Control de altura

El escáner radar 3D de Turck proporciona la información necesaria para las tres dimensiones espaciales y detecta así los obstáculos y el entorno en su totalidad. Esta información también facilita el control preciso y seguro de los movimientos de elevación. Los datos escaneados también pueden utilizarse para garantizar las alturas libres y evitar daños en vehículos, mercancías y elementos de la planta. Para estas tareas se suelen utilizar sistemas de cámaras, pero son más caros y su configuración suele ser mucho más compleja.

Puesta en marcha simplificada y visualización en tiempo real en TAS

La parametrización de sensores tan complejos, que emiten algo más que una señal analógica o una o dos señales de conmutación, suele ser un reto. Turck ayuda a los usuarios con su software de configuración e IIoT TAS (Turck Automation Suite). El conjunto de herramientas facilita enormemente la puesta en marcha y el ajuste óptimo de los filtros de señal e intensidad, los ángulos de detección o los radios de advertencia. El software visualiza todos los datos sin procesar del sensor en tiempo real virtual en el navegador web. Los objetos se muestran como puntos y nubes de puntos en dos gráficos, uno para los datos verticales y otro para los ángulos de detección horizontales.

Turck ofrece dos variantes del escáner de radar 3D: una con IO-Link y otra con una interfaz SAE-J1939, que se utiliza principalmente para equipos móviles. Además de la interfaz para los datos 3D, ambos dispositivos disponen de dos salidas de conmutación clásicas que pueden activarse mediante diferentes valores umbral.

Autor: Raphael Penning es jefe de producto de sensores de distancia en Turck