Funktionsmodell
Safety Sensor Demonstrator
für die sichere Distanzmessung

Der Messe-Demonstrator zieht mit über 3.000 verbauten LEDs die Aufmerksamkeit der Messebesucher auf sich und veranschaulicht das Funktionsprinzip der sicheren Distanzmessung mittels einer doppelt ausgeführten Radar-Messstrecke. Einprogrammierte Spiele und mechanisch verstellbare Sensoren laden dazu ein, die Vorteile der Radartechnologie interaktiv zu entdecken.

Für die sichere Distanzmessung bilden zwei Sensorpaare aus jeweils zwei gegenüberliegenden Radar-Sensoren ein selbstüberwachendes Messsystem. Bei paralleler Bewegung der beiden unteren Sensoren liefern diese übereinstimmende und somit valide Distanzwerte. Ist die Differenz der Messwerte zu groß, wird automatisch ein Alarm ausgelöst und die Anlage sofort in einen sicheren Zustand versetzt.

Die LPR®-1DHP-291 Sensoren von SYMEO kommen in anspruchsvollen Industrieumgebungen zum Einsatz, in denen hohe Robustheit und Zuverlässigkeit entscheidend sind, etwa bei Staub, Schmutz und extremen Witterungsbedingungen.

Ein Beispiel ist der Einsatz in Werften. An der Kranbrücke montiert erfassen und überwachen die Sensoren präzise die Kranposition beim Beladen von Containerschiffen und gewährleisten unter extremen Bedingungen die Sicherheit von Mensch und Material.

Um die Atmosphäre am Messestand aufzulockern, wurden zwei interaktive Spiele und ein Easter Egg in das Funktionsmodell einprogrammiert:

Im ersten Spiel, inspiriert von „Beer Pong“, gilt es, mit einer Sensorbewegung einen virtuellen Ball in einen „Becher“ aus Markierungen zu werfen - Fingerspitzengefühl ist gefragt!

Im zweiten Spiel, „Space Egg,“ steuert der Spieler eine Henne (Sensor-Marker) und muss sie über einem Ei (Farbstreifen) positionieren, um es auszubrüten. Wer es schafft, sein Küken zuerst schlüpfen zu lassen (Farbwechsel des Streifens von rot zu grün) gewinnt.

Das Easter Egg offenbart ein wunderschönes Regenbogen-Lauflicht, das wie fallende Farbtropfen von oben nach unten fließt. Es wird aktiviert, wenn die Sensoren mehrere Sekunden gegeneinander bewegt werden.

Um die Fertigung des Messemodells reibungslos zu gestalten, wurde das gesamte Modell detailliert in 3D entworfen.

Die Konstruktion der LED-Tube stellte eine besondere Herausforderung dar: Ein Aluminiumrohr, das gleichzeitig als Träger der LEDs, belüfteter Kühlkörper und Kabelkanal fungiert, verleiht der Säule die notwendige Stabilität. Außerdem wurden zwei Acrylglasröhren, die als Diffusoren das LED-Licht sanft streuen, integriert. Bei dieser Kombination galt es, den funktionalen als auch den ästhetischen Ansprüchen gerecht zu werden.

Das perfekte Zusammenspiel aus Mikroelektronik und maßgefertigter Mechanik.

Im Sockel des Funktionsmodells verbirgt sich die leistungsstarke Steuerungselektronik, die sowohl die Sensorsignale verarbeitet als auch die LED-Tubes steuert. Das Herzstück bildet ein ESP32 Dual-Core 32-Bit-Mikrocontroller, der in C++ programmiert ist und mit bis zu 120 FPS beeindruckende LED-Effekte erzeugt. Die Radar-Sensoren sind über einen CISCO-Switch per Ethernet angebunden.

Ein Gleitlager von Igus ermöglicht eine leichtgängige Bewegung des Sensors in der Z-Richtung und verhindert zuverlässig ein Verdrehen um die eigene Achse.

Die durchdachte Kombination zweier Zugfedern hält den Sensor präzise in der Mittelposition. Eine Feder trägt dabei fast das gesamte Eigengewicht des Sensors, während die zweite Feder die verbleibende Gewichtskraft erst ab der Mittelposition durch ihre Vorspannung abfängt. Auf diese Weise wird trotz Lagerreibung und Fertigungstoleranzen eine exakt definierte mittlere Ruheposition erreicht.

In zwei Acrylglasröhren des Funktionsmodells wurden insgesamt 3.000 LEDs vom Typ WS2812 ECO für die Anzeige der Messwerte und Lichteffekte verbaut. Die energieeffizienten LEDs sind seriell in einer Daisy-Chain verschaltet, was es ermöglicht, alle RGB-LEDs gruppiert mit nur wenigen Datenleitungen über einen einzigen ESP32-Mikrocontroller anzusteuern.

Ein Kühlsystem mit hochwertigen Noctua-PC-Lüftern erzeugt einen konstanten Luftstrom im Inneren der Tubes und des Sockels. Dadurch werden die Netzteile und LEDs zuverlässig gekühlt, was eine langlebige Performance gewährleistet.

Alle Komponenten mit komplexen Geometrien wurden auf einem Bambu Lab X1E 3D-Drucker gefertigt. Das verwendete kohlefaserverstärkte Filament PAHT-CF (hochtemperaturbeständiges Nylon) ist besonders widerstandsfähig und hält hohen Belastungen stand.

Um höchste Passgenauigkeit zu gewährleisten und den Nachbearbeitungsaufwand zu minimieren, sind alle benötigten Holzteile des Funktionsmodells CNC-gefertigt und konnten passgenau direkt montiert werden.

Eine speziell für das Funktionsmodell entworfene Transportbox gewährleistet einen schnellen Auf- und Abbau und bietet optimalen Schutz beim Transport des wertvollen Messeobjekts.

Hinter den Kulissen wurde mit Leidenschaft und Kreativität gearbeitet. Die Entwicklung und der Bau des Funktionsmodells waren eine perfekte Kombination aus Software, Elektronik und Hardware. Vom präzisen CAD-Design über die Fertigung per CNC und 3D-Druck bis hin zur Programmierung in C++ konnte ich alles einbringen, was mein Ingenieursherz höher schlagen lässt. Besonders die Programmierung der LED-Effekte ließ viel Spielraum für Kreativität und machte das Projekt zu einem echten Highlight.

Schon während der Fertigung und besonders nach der Fertigstellung bot das Funktionsmodell eine hervorragende Gelegenheit, meine Leidenschaft für Fotografie und Videografie voll auszuleben. Die einzelnen Schritte des Herstellungsprozesses sowie die beeindruckenden Lichteffekte machten das Projekt zu einem faszinierenden Motiv für die Kamera.

... für das SYMEO-Team am Messestand.

Vielen Dank an das Messe-Team der Symeo GmbH aus München für die vertrauensvolle und wertschätzende Zusammenarbeit. Besonders der freundliche und herzliche persönliche Kontakt sowie die gewährte kreative Freiheit bei der Umsetzung machten dieses Projekt zu einer rundum bereichernden Erfahrung. Eine wertvolle Zusammenarbeit, die in jeder Hinsicht positiv war.

Auf der SPS-Messe in Nürnberg zieht das Funktionsmodell die Blicke auf sich. Mit faszinierenden LED-Lichteffekten und interaktiven Spielen lädt er Messebesucher dazu ein, die Welt der Radar-Technologie auf spielerische Weise zu erkunden.