Beim autonomen Fahren spielt Sensorik eine entscheidende Rolle zu. Schon heute kommen in Autos bis zu zehn Radarsensoren zum Einsatz, die Objekte in verschiedenen Distanzen und Richtungen detektieren. Um diese komplexen Radar-Systeme in der Produktion zu testen und zu kalibrieren, entwickelt die Noffz Technologies GmbH spezielle Testsysteme.
„Wir betreiben überwiegend Projektgeschäfte, da die Testsysteme und Anlagen sehr individuell sind“, sagt Markus Solbach, Geschäftsführender Gesellschafter des Mittelständlers: „Mit unserer Universal Tester Plattform (UTP) haben wir aber ein modulares System mit hohem Standardisierungsgrad geschaffen, auf dessen Basis wir unseren Kunden dennoch eine optimal angepasste Lösung bieten können.“
Herausforderungen bei der Entwicklung von Testsystemen für Radarsensoren
Bei der Entwicklung von Testsystemen für Radarsensoren sind gleich mehrere Herausforderungen zu meistern. Die Sensoren sollen im Betrieb Objekte in teilweise über hundert Meter Entfernung erkennen. Da die Testsysteme nicht in entsprechender Größe gebaut werden sollen, kommt ein sogenannter Radar Target Simulator (RTS) zum Einsatz. Diese aktive Komponente fängt das Radarsignal des Radarsensors auf und sendet mit einer Zeitverzögerung ein passendes Signal zurück. Dadurch können die Testsysteme sehr kompakt gebaut werden.
Eine weitere Herausforderung ist es, ungewünschte Reflexionen des Radarsignals an den Wänden und Komponenten des Testsystems zu verhindern. Deswegen sind die Innenwände des Systems mit einer pyramidenförmigen Struktur aus einem Material ausgekleidet, das Radarstrahlung weitgehend absorbiert.
Exakt positionieren und bewegen
Eine besondere Herausforderung ist dabei die exakte Positionierung und Bewegung der Radarsensoren in der Testkammer. Denn der Prüfling muss sich gleichzeitig horizontal und vertikal bewegen können, um zu simulieren, dass das gesamte Blickfeld abgedeckt wird. Martin Nieskens, der als Team Leader bei Noffz die Testsysteme wesentlich mitentwickelt hat, entschied sich daher dafür, die Bewegung des Prüflings mit einem Industrieroboter zu realisieren.
In der Vergangenheit wurden bei Noffz bereits Roboter für Handlingsaufgaben in verschiedenen Projekten verwendet. Dabei belädt der Roboter die Testsysteme mit den Prüflingen und entnimmt sie nach dem Test. Die Aufgabe, den Prüfling wie gewünscht innerhalb des Systems zu bewegen, stellt allerdings deutlich höhere Anforderungen an den verwendeten Roboter.
Roboter als Messmittel
Martin Nieskens hat sich daher aus mehreren Gründen für einen Sechsachs-Industrieroboter aus der Melfa-FR-Serie von Mitsubishi entschieden. So sorgt die Möglichkeit, die Leitungen im Innern des Roboterarms zu installieren, dafür, dass weniger störende Reflexionen der Radarstrahlung auftreten. Besonders wichtig waren aber die absolute Genauigkeit sowie die Wiederholgenauigkeit.
„Die Anforderungen, die wir an den Roboter stellen, sind wesentlich höher als bei reinen Handlingsaufgaben oder auch bei Schweiß- oder Klebeanwendungen“, verdeutlicht Markus Solbach: „Denn wir verwenden den Roboter als Messmittel.“ So hat beispielsweise jeder Radarsensor einen rechnerischen Mittelpunkt – den Center of Rotation –, der allerdings nicht mit dem geometrischen Mittelpunkt des Prüflings übereinstimmen muss. Dieser muss bei der Kalibrierfahrt des Prüflings im Testsystem stets im Mittelpunkt der Rotationsbewegungen liegen.
Roboter aus Echtzeitsystem steuern
Eine weitere Herausforderung ist die Synchronisation zwischen Roboterbewegung und Kalibrierprogramm. Die Geschwindigkeiten der Roboterbewegungen können zwar exakt definiert werden. Bei einer herkömmlichen Robotersteuerung gibt aber eine nicht genau vorauszusagende Verzögerung zwischen Start des Programms und tatsächlichem Start der Bewegung, was für die Kalibrierung nicht akzeptabel ist. „Deswegen haben wir uns dazu entschlossen, die Robotersteuerung direkt aus einem Echtzeitsystem zu übernehmen. Die Software von Mitsubishi Electric setzen wir in diesem Fall für die Handlingsaufgaben beim Wechsel des Prüflings und für die Kommunikation mit einer SPS ein“, erklärt Martin Nieskens das Vorgehen.
Hier kommt ein Vorteil der Roboter von Mitsubishi Electric zum Tragen: „Die offene Unterstützung einer Echtzeitansteuerung mit der parallelen Verarbeitung der Standardkommunikation über ein einfaches Roboterprogramm“, ergänzt Michael Finke, Produktmanager bei Mitsubishi Electric.
Aus den geforderten Bewegungen des Radarsensors in der Messkammer berechnet ein Embedded-System die Bahnbewegungen für den Roboter. Dieses Echtzeitsystem sorgt dafür, dass die Kalibrierfahrt des Roboters mit dem Test und Kalibrierprogramm synchronisiert wird. „Mit diesem Vorgehen können wir die Kalibrierfahrt viel besser, präziser und in Echtzeit steuern“, nennt Martin Nieskens den wesentlichen Vorteil. Auf diese Weise ist dann sichergestellt, dass die Kalibrierfahrt in der Kammer und das Kalibrierprogramm des Sensors perfekt synchron ablaufen.
Unterstützung aus Japan
„Eine der Grundvoraussetzungen, damit wir den Roboter auf diese Weise verwenden konnten, war die Tatsache, dass Mitsubishi Electric uns in jeder Phase unterstützt hat“, betont Martin Nieskens, Der technische Support schloss sogar die Robotik-Entwicklungsabteilung in Japan mit ein, die an der Lösungsentwicklung mitgewirkt haben. „Eine solche Unterstützung ist im Robotikmarkt keine Selbstverständlichkeit.“
Für die Zukunft rechnet Noffz damit, dass Radarsensoren in immer mehr Anwendungen auch außerhalb des Straßenverkehrs zum Einsatz kommen. Dabei geht der Trend hin zu intelligenten Sensoren, die Datenverarbeitung direkt im Sensor vornehmen. „Wir sind deswegen optimistisch, in Zukunft weitere Kunden für unsere Testsysteme zu gewinnen“, sagt Markus Solbach: „Und diese werden dann sicher mit den Industrierobotern von Mitsubishi Electric ausgestattet.“
Mitsubishi Electric Europe B.V. Industrial Automation
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