Automation mit Roboter

24. August 2017

Sicher ohne Schutzzaun

Mit Hilfe von Sicherheits-Laserscannern der Produktfamilie microScan3 sowie einer Sicherheitssteuerung Flexi Soft gewährleistet das Unternehmen DESMA an einer Spritzgießmaschine den sicheren Betrieb eines Roboters. Die berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen ermöglichen den ergonomischen Zugang an die Maschine zur prozessgerechten Materialbereitstellung und -entnahme. Der Roboter nimmt das bereitgestellte Rohmaterial automatisch auf sobald der Sicherheitsbereich frei ist und gibt die bearbeiteten Silikon- und Gummiteile aus. Gleichzeitig sind die Sicherheits-Laserscanner besonders platzsparend und stören den Ablauf nicht.

 

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Das Sicherheitskonzept für den Roboter an der DESMA-Spritzgießmaschine wurde in enger Zusammenarbeit der Anwendungsberatung von SICK mit den verantwortlichen Fachabteilungen bei DESMA erarbeitet. Es kombiniert ein horizontales 275°-Schutzfeld zur Gefahrbereichsüberwachung vor dem Roboter mit vertikalen Schutzfeldern zur Gefahrstellenabsicherung des Arbeitsbereiches. Nähert sich eine Person dem Roboter, wird sie vom horizontalen Sicherheits-Laserscanner frühzeitig erfasst und die gefahrbringende Bewegung verlangsamt, so dass von der Bewegung keine Gefahr mehr ausgeht. Dadurch können die erforderlichen Sicherheitsabstände der vertikal überwachenden microScan3 zur gefahrbringenden Bewegung des Roboters deutlich reduziert werden – und damit auch der gesamte Platzbedarf der Maschine und ihrer Sicherheitstechnik. Ein weiterer microScan3 überwacht den Ablagetisch des Roboters: Wechselt der Maschinenbediener ein Werkzeug und steht dabei innerhalb des überwachten Bereiches, detektiert ihn der Sicherheits-Laserscanner und ein Start des Roboters wird verhindert.  Die gesamte sicherheitstechnische Applikation kann mit automatischem Wiederanlauf, ohne manuelle Wiederanlaufsperre, betrieben werden. Der Werker nimmt die Sicherheitstechnik nicht mehr als störend wahr, da sie ganz automatisch dem Arbeitsablauf folgt. Die erforderliche Logik dafür sowie die Integration weiterer Sicherheitskomponenten wie z. B. Not-Aus-Taster erfolgt in der Sicherheitssteuerung Flexi Soft. Das gemeinsam entwickelte Absicherungskonzept bietet – nicht zuletzt aufgrund der innovativen safeHDDM® Scantechnologie des microScan3 – höchste Performance und Verfügbarkeit für die Maschinen.

Mensch-Roboter-Kooperation zur automatischen Materialzufuhr und -entnahme

Premiumlösungen mit System für viele Branchen – diesen Anspruch an sich selbst realisiert die Klöckner DESMA Elastomertechnik GmbH in Fridingen durch individuelle, schlüsselfertige Systemlösungen zur Produktion von technischen Gummi- und Silikonformartikeln.

 

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DESMA-Messestand auf der Hannover Messe 2017.

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Absicherung durch den microScan3.

Zukunftsweisende Technologien sind dabei ein wesentliches Merkmal von DESMA-Spritzgießmaschinen. Das gilt auch für die Produktionsverfahren zur technisch und wirtschaftlich effizienten Gummi- und Silikonverarbeitung.

 

Eine Möglichkeit, die Produktivität zu verbessern, sind Arbeitsszenarien, bei denen sich Menschen und automatisierte Maschinen den gleichen Arbeitsraum teilen und zu unterschiedlichen Zeitpunkten darin arbeiten. Die Mensch-Roboter-Kooperation ermöglicht hochgradig optimierte Arbeitsabläufe, verbessert die Anlagenverfügbarkeit und -produktivität sowie die wirtschaftliche Effizienz.

 

 

Daher hat DESMA für seine Spritzgießmaschinen diesen kooperativen Arbeitsplatz entwickelt, an dem ein Werker Rohteile bereitstellt, der Roboter als Produktionsassistent diese greift und in die Maschine einlegt. Sind die Rohlinge bearbeitet, entnimmt sie der Roboter, stellt sie für den Bediener zum Abtransport bereit und legt die nächsten Rohteile ein. Der Prozessablauf verdeutlicht, wie wichtig ein ungehinderter Zugang für den Werker an die Maschine ist. Schutzzäune oder andere mechanische Einrichtungen schieden für DESMA daher aus.

 

Horizontale und vertikale Absicherung mit microScan3

Gelöst hat der Spritzgießmaschinen-Hersteller diese Roboterapplikation mit einem berührungslos wirkenden Sicherheitssystem, das die Unfallgefahren für den Bediener eliminiert und ihm gleichzeitig einen ungehinderten Zugang zur Maschine ermöglicht. Angebunden an eine Sicherheitssteuerung Flexi Soft kommen insgesamt vier microScan3 zum Einsatz – zwei mit horizontal und zwei mit vertikal ausgerichteten Schutzfeldpaaren. Diese sind in der Objektauflösung in Stufen zwischen 30 Millimeter, Handdetektion, und 200 Millimeter, Körperdetektion, konfigurierbar – ein einzelner microScan3 kann also mit mehreren Schutzfeldern  unterschiedlicher Auflösungen arbeiten. Die Integration der kompakten und robusten Geräte ist denkbar einfach – mechanisch mit Hilfe eines schwing- und vibrationsfesten Halterungssystems und elektrisch über einen achtpoligen M12-Standardstecker. Die zu überwachenden Schutzfelder mit einer Reichweite von bis zu 5,5 Metern können mit der Software Safety Designer per Laptop auf einfache Weise direkt in das Maschinenlayout gezeichnet und diese Parametrierung per USB im Sicherheits-Laserscanner gespeichert werden. Im Betrieb visualisiert das mehrfarbige Display des microScan3 dessen Betriebszustand – über die Tasten des Bedienfeldes lassen sich weitere Informationen als Klartext aufrufen.

Das technologische Highlight der Sicherheits-Laserscanner microScan3, die zulassungstechnisch Performance Level d nach EN ISO 13849 und SIL2 nach IEC62061 erfüllen, ist ihre safeHDDM® Scantechnologie (für: High Definition Distance Measurement). Dieses hochauflösende, digitale Verfahren zur sicherheitsgerichteten Zeit- und Abstandsmessung, bei dem mehr als 100 mal so viele Laserpulse ausgesendet werden als bei sonst üblichen Lichtlaufzeitmessungen, bietet insbesondere bei der Absicherung von MRK-Szenarien wie an der DESMA-Spritzgießmaschine eine Reihe von Vorteilen.

 

microScan3

Unerreicht stabile Messwerte als Plus an Produktivität                                 

Das Multi-Puls-Verfahren ermöglicht in Verbindung mit der speziellen, digitalisierten Auswertung wesentlich stabilere Messwerte zu generieren und dabei auch vorgeschriebene Minimal-Remissionswerte von 1,8 Prozent sicher zu detektieren, ohne von Störsignalen überlagert zu werden. Die robusten Auswerteverfahren dieser Scantechnologie gewährleisten ein Höchstmaß an Verfügbarkeit, zum Beispiel bei Blendung, Staub oder anderen Umwelteinflüssen.

Kodierte Pulse vermeiden gegenseitige Beeinflussung

Die zeitliche Kodierung der Laserpulse jedes einzelnen Sicherheits-Laserscanners wird dann entscheidend, wenn – wie bei DESMA – mehrere Geräte gleichzeitig und nahe zueinander betrieben werden. So sind zur Absicherung des Roboters an der Spritzgießmaschine insgesamt vier microScan3 in etwa 200 Millimeter Höhe am Robotertisch installiert. Zwei erzeugen vertikale Schutzfelder, die im 90°-Winkel als Zugangsabsicherung aufeinandertreffen, der dritte und vierte Sicherheits-Laserscanner ist horizontal als Bereichsabsicherung auf und vor dem Robotertisch installiert. Obwohl sich also die Sicherheits-Laserscanner gegenseitig beeinflussen könnten, stellt sich diese Frage für die microScan3 nicht: die Laserpulse jedes Gerätes werden durch einen zeitlichen Versatz von einigen Nanosekunden kodiert – und ihre Sequenz zusätzlich durch einen integrierten Zufallsgenerator modifiziert. Auch andere Sensoren und Sensorsysteme, die Laser-LEDs als Lichtquellen nutzen, können die Sicherheitsfunktion und Verfügbarkeit dieser neuen Scannergeneration nicht beeinträchtigen.

Verbesserte Immunität gegen Blendung, Staub und Belagbildung

 

Microscan_safe_hddm

Die Sicherheits-Laserscanner microScan3 müssen sich bei jeder Applikation den Umgebungsbedingungen optimal anpassen. Durch ihre safeHDDM®-Scantechnologie erreichen sie eine hohe Fremdlichtsicherheit bis 40.000 Lux. Damit sind sie nahezu unblendbar – weder durch helles Tageslicht noch durch hochfrequente künstliche Umgebungsbeleuchtung oder direkt in die Optik strahlende Lichtquellen oder Spiegelungen. Zudem sorgt die Auswertung von safeHDDM® dafür, dass die Erfassungssicherheit und die zuverlässige Schutzfunktion weder von Staubpartikeln in der Umgebung noch von einsetzender Belagbildung auf der optischen Grenzfläche der Sensoren beeinträchtigt wird. Hinzu kommt, dass der Sicherheits-Laserscanner microScan3 über eine parabolisch gewölbte Frontscheibe verfügt. Diese leitet alle Reflexionen, die außerhalb der optischen Strecke der Laserimpulse und ihrer Remissionen eintreffen, in eine optische Falle weg vom Empfangselement im Gerät ab. Dies erhöht die Immunität gegen Staub und Belagbildung zusätzlich und bedeutet bei DESMA deutlich mehr Verfügbarkeit für den Roboter an der Spritzgießmaschine.

 

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