Anwendungsberichte

Im Dienste der Sicherheit

IDS Industriekameras als "Roboteraugen" in explosionsgefährdeten Umgebungen

Inspection robots – with USB uEye LE

Rau und unwirtlich, extrem heiß oder kalt, brand- oder explosionsgefährdet. Überall dort, wo sich Menschen nur ungern aufhalten, sind sie im Einsatz: Roboter für die Durchführung von Routine- und Ad-hoc-Sicherheitschecks in unbemannten Anlagen. Die Firma ExRobotics B.V. mit Sitz in Halsteren, Niederlande, ist führender Experte in diesem Bereich. Ihre Produkte ersetzen das Sehen, Hören, Riechen, Tasten und die Hände ihrer Anwender. Dafür setzt der niederländische Hersteller u.a. auf Bildverarbeitung mit Industriekameras der IDS Imaging Development Systems GmbH.

In bestimmten Industriebereichen ist das Arbeiten unter extremen Bedingungen unerlässlich. Um das Risiko für Mitarbeiter zu minimieren, kommen verstärkt Roboter zum Einsatz. Basierend auf der Erfahrung aus einer langjährigen Zusammenarbeit mit einem multinationalen Öl- und Gaskonzern entwickelte ExRobotics eine Reihe von Robotern speziell zur Inspektion und Überwachung von explosionsgefährdeten Anlagen.

Anwendung

Inspection robots – with IDS USB uEye LE
Die Firma ExRobotics entwickelt Roboter, die Sicherheitschecks
in explosionsgefährdeten Bereichen durchführen können.

Zielmarkt sind vor allem unbemannte Öl- und Gasanlagen in rauen Klimazonen oder mit besonders hohem Gefahrenpotenzial, aber auch Märkte wie die Atom-, Bergbau-, Energie- und Chemieindustrie. Großen Wert legt das Unternehmen darauf, dass alle Roboter auf Komponentenebene IECEX Zone 1 bzw. ATEX -zertifiziert sind und damit den internationalen bzw. europäischen Richtlinien für Explosionsschutz entsprechen. Exrobotics kann dadurch modular und schneller produzieren, ohne für jede mögliche Konfiguration ein neues Zertifikat erstellen zu müssen.

Die Grundidee ist so einfach wie genial: Über ein drahtloses Netzwerk kommunizieren die Geräte mit einem Bediener in einem sicheren Kontrollraum. Menschliche Operatoren müssen den Gefahrenbereich nicht betreten. Zusätzlich entfallen Reisezeit und -kosten. Denn egal ob an Land oder auf See, die Steuerung mehrerer Roboter an unterschiedlichen Orten zur gleichen Zeit ist auf diese Weise ohne weiteres möglich. Und das aus einer Distanz von mehreren hundert oder sogar tausend Kilometern. „Wir haben gezeigt, dass wir den Roboter über eine Distanz von 9500 Kilometern bedienen können", sagt Samir El Awadi, kaufmännischer Geschäftsführer bei ExRobotics, und spielt damit auf einen erst kürzlich durchgeführten Test an. Ein Roboter im Werk von ExRobotics in den Niederlanden wurde dabei von der anderen Seite der Welt, aus Rio de Janeiro, Brasilien, gesteuert. Ein entscheidender Punkt, denn für die Hauptakteure der Öl- und Gasindustrie im Nahen Osten, in Nordamerika und im Fernen Osten ist eine große Reichweite unerlässlich.

Inspection robots – with IDS USB uEye LE
Die USB 3.0 UI-3591LE-C-HQ dient der eigentlichen
Inspektion, während die USB 2.0 UI-1461LE-C-HQ
Kameras zur Navigation eingesetzt werden.

Die Roboter der ersten Generation – ExR-1 – arbeiten rein ferngesteuert. D.h., sie benötigen stets einen Bediener, der sie steuert und anleitet. „Unsere Produkte der ersten Generation sind auf das menschliche Auge angewiesen, um die Bilder, die sie sehen, zu interpretieren. Wir arbeiten jedoch daran, verstärkt Bildverarbeitungslösungen zu implementieren und so die Belastung für den Menschen zu verringern. Insbesondere arbeiten wir an der Erkennung von Gaswolken und Vibrationen.“, erklärt Samir El Awadi. Der weiterentwickelte große Bruder, der ExR-1.1, ist daher bereits für die eigenständige Durchführung von routinemäßigen Sicherheitskontrollen konzipiert. Der Anwender hat die Wahl, den Roboter direkt von der Ferne zu betreiben, typischerweise über das öffentliche 4G-Netzwerk, oder ihn autonom arbeiten zu lassen. Der Operator reagiert in diesem Fall lediglich auf Warnmeldungen und kann die Überwachungsinformationen später bei Bedarf überprüfen. ExR-1.1 ist außerdem für die Selbstankopplung und Selbstaufladung ausgelegt, mit maximal 2 Wartungsintervallen pro Jahr.

Verschiedene Sensoren des Roboters dienen als Augen und Ohren des Bedieners. Er ist mit einem Mikrofon für die Tonüberwachung ausgestattet. Zusätzlich sind gleich drei uEye Kameras an Bord. Eine USB 3.0 UI-3591LE-C-HQ mit 18 Megapixel Sensor für die Voraussicht bzw. den Blick nach vorne, Zoommöglichkeiten und die eigentliche Inspektion sowie zwei USB 2.0 UI-1461LE-C-HQ Kameras mit 3,1 Megapixeln für die Navigation. So navigiert der Roboter sich automatisch zwischen den Inspektionsorten und kontaktiert den Bediener, wenn er vor Ort ist und zur Inspektion bereit. Als Orientierungshilfe kommen dabei weiße Linien und andere Signalzeichen, wie Baken, zum Einsatz.

Wieso Kameras von IDS?

Inspection robots – with IDS USB uEye LE
Der ExR-1 sieht mit den Augen von je 3 USB
Industriekameras von IDS.

Robustheit und Zuverlässigkeit, auch bei extremer Hitze und Kälte, waren zwei der entscheidenden Kriterien bei der Kameraauswahl. Zudem unterstützen IDS Kameras die Standard Vision Schnittstellen. Natürlich spielten auch die implementierten Sensoren und die Geschwindigkeit der Modelle eine wichtige Rolle.

Das USB 3.0 Modell UI-3591LE-C-HQ bietet mit ihrem 18 Megapixel CMOS Farbsensor von ON Semiconductor eine sehr hohe Auflösung. Die extrem lichtempfindliche Einplatinenkamera erfasst kleinste Details und eignet sich besonders für Aufnahmen bei variablen Objektabständen und wechselnden Lichtverhältnissen – ideal für die Zwecke von ExRobotics. Zusätzlich lässt sich die kostengünstige und vielseitige Projektkamera dank ihrer minimalen Abmessungen besonders leicht platzsparend integrieren. Und auch die USB 2.0 UI-1461LE-C-HQ erfüllt mit ihrem sehr lichtempfindlichen CMOS-Sensor ebenfalls von ON Semiconductor alle Voraussetzungen. Der Sensor im großen ½“-Format bietet eine Auflösung von 2048 x 1536 Pixeln und ist besonders farbtreu und rauscharm. Die preisewerte, kompakte Boardlevel Kamera stellt dem Anwender 2 GPIOs, Trigger und Strobe sowie ein I2C-Bus zur Ansteuerung externer Geräte zur Verfügung.

Zur Einbindung der Kameras in ihr System setzte ExRobotics auf das uEye API - Teil des umfangreichen IDS Software Development Kits (SDK). Das SDK bzw. die IDS Software Suite für Windows und Linux (32- und 64-Bit) ist im Lieferumfang enthalten und identisch für alle Modelle - egal ob mit USB 3.1 Gen 1, USB 3.0, USB 2.0 oder GigE Anschluss. Zusätzlich entwickelte ExRobotics eine eigene spezifische Software mit deren Hilfe die Bilder des Roboters bearbeitet werden können. Dies beinhaltet u.a. einige sehr benutzerfreundliche Zoom- und Snap-Funktionen – wichtig und notwendig zur Überwachung bzw. für Detailaufnahmen während der Inspektion.

Ausblick

Inspection robots – with IDS USB uEye LE
Der Einsatz von Überwachungsrobotern in explosions-
gefährdeten Bereichen wie Öl- oder Gasplattformen hat
weltweit ein hohes Potenzial.

„Roboter in Öl- und Gasanlagen sind relativ neu, doch sie gewinnen schnell an Bedeutung. Inzwischen erhalten wir Anfragen aus der ganzen Welt. Die ersten zehn ExR-1's werden im September 2018 bei NAM, einem niederländisches Joint Venture zwischen Shell und ExonMobil, ans Netz gehen. Das wird eine Weltneuheit.“, freut sich El Awadi. Diese Roboter der ersten Charge können in einem Temperaturbereich von -20 bis +50 Grad Celsius arbeiten. Mit kleinen Modifikationen ist ein Bereich von -40C bis +60C erreichbar.

Der Fokus im Bereich Funktionalität wird sich hin zu mehr Autonomie, Cloud-basierten Speichersystemen und dem Einsatz von immer mehr Bildverarbeitung gepaart mit Künstlicher Intelligenz verlagern. Die Roboter der ExR-Serie sind damit mehr als nur Werkzeuge, sie werden zu eigenständigen Helfern im Dienste der Sicherheit.

USB 3 uEye LE: kostengünstige und platzsparende Projektkamera

IDS industrial camera USB 3 uEye LE
Interface:  USB 3
Modell:  UI-3591LE
Sensortyp:  CMOS
Hersteller:  ON Semiconductor
Framerate:  12,2 fps
Auflösung:  4912 x 3684
Shutter:  Rolling Shutter
Optische Klasse:  1/2.3"
Abmessungen:  36.0 mm x 36.0 mm x 20.2 mm
Gewicht:  12 g
Anschluss:  USB 3.0 Micro-B
Anwendungen: Mikroskopie, Medizintechnik, Barcode-Lesen, Visualisierung und Analyse

USB 2 uEye LE: kompakt, vielseitig und preiswert

IDS industrial camera USB 2 uEye LE
Interface:  USB 2.0
Modell:  UI-1461LE
Sensortyp:  CMOS
Hersteller:  ON Semiconductor
Framerate:  11.2 fps
Auflösung:  2048 x 1536 px
Shutter:  Rolling Shutter
Optische Klasse:  1/2"
Abmessungen:  36.0 mm x 36.0 mm x 20.2 mm
Gewicht:  16 g
Anschluss:  USB 2.0 Mini-B
Anwendungen:  Kleingerätebau, Mikroskopie, Qualitätssicherung, Lasertechnologie, Scanner-Anwendungen, Videokonferenzen

ExRobotics B. V.

ExRobotics B.V., Halsteren, The Netherlands

ExRobotics B.V. ist ein international führendes Unternehmen, das sich auf Roboterlösungen für explosionsgefährdete Bereiche spezialisiert hat. Mit Hilfe der EX-zertifizierten Roboter (ATEX und IECEx Zone 1) können aus der Ferne potenziell gefährliche Sicherheitsüberprüfungen durchgeführt werden.

https://exrobotics.global/