Zonen statt Zäune

Fertigungsautomation

ARBEITSSICHERHEIT - Schutzzäune schirmen zwar Werker von Robotern ab, aber sie verhindern auch eine direkte Interaktion zwischen Mensch und Maschine. ABB hat eine Lösung entwickelt, die es ermöglicht, ohne Schutzzäune miteinander zu arbeiten.

05. Dezember 2018
Bild: ABB
Bild 1: Zonen statt Zäune (Bild: ABB )

Die Fabrik der Zukunft braucht modulare Fertigungssysteme und flexible Automatisierungslösungen, die digital gesteuert werden und vernetzt sind. Um schnell und individuell auf Kundenanforderungen reagieren zu können, setzen Produktionsunternehmen auf die Flexibilität verschiedener Robotertypen und zunehmend auf die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Dabei steht die Sicherheit für den Werker an erster Stelle.

Der Anlagenbetreiber muss prüfen, welche Gefahren von Kopf bis Fuß bestehen, und den Betrieb des Roboters darauf abstimmen. Gesetzliche Vorschriften, etwa die Maschinenrichtlinie und die Vorgaben der Berufsgenossenschaft, muss er dabei einhalten und die installierten Systeme entsprechend validieren. Damit steigen Investitionen, je nachdem, was an Sicherheitstechnik gefordert ist.

In herkömmlichen Produktionslinien sind Roboterzellen abgeschlossen und werden von außen gesteuert. Will der Mensch den Roboter bestücken oder überprüfen, muss er den Prozess anhalten. Das kostet Produktionszeit.

Je näher desto langsamer

Um die Interaktion von Werkern mit dem Robotersystem bei hohen Taktzahlen und hoher Geschwindigkeit zu ermöglichen, hat ABB das sicherheitszertifizierte Produkt Safemove2 entwickelt. Dieses stellte das Unternehmen 2016 auf der automatica vor.

»Effiziente Roboter müssen sich mit einer Geschwindigkeit bewegen können, die zu der jeweiligen Anwendung passt. Bei hohen Geschwindigkeiten kann das eine potenzielle Gefahr für die Menschen in der unmittelbaren Umgebung bedeuten«, so Dr. Hui Zhang, Leiter Product Management bei ABB Robotics. »Traditionell wurden die Menschen durch Zäune oder Einhausungen von den Maschinen getrennt, damit sie keinen Schaden nehmen. Dank Safemove2 können Roboter und Mensch enger zusammenarbeiten, da die Roboterbewegungen auf genau das beschränkt werden, was für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist.«

Sensoren in der Roboterzelle melden die Anwesenheit einer Person. Je näher der Mitarbeiter dem Roboter kommt, desto mehr drosselt das System die Geschwindigkeit des Roboters. So kann der Mensch im Arbeitsbereich der Maschine agieren.

Die Robotersteuerung lässt den Roboter nur in präzise berechneten, vorher festgelegten Räumen agieren. Wird diese unsichtbare Grenze von Mensch oder Maschine überschritten, stoppt der Roboter ganz. Verlässt der Bediener wieder den Sicherheitsbereich, kann die Anlage ihren Auftrag in Ausgangsgeschwindigkeit fortsetzen. Auf diese Weise ermöglicht Safemove2 laut ABB eine rasche Interaktion von Mensch und Roboter.

Viele Funktionen

Das System besteht aus Soft- und Hardwarekomponenten. Über eine zentrale Steuerung können bis zu vier Roboter überwacht werden. Es lässt sich laut ABB bei den meisten Robotern einsetzen – unabhängig von der Montageart, zum Beispiel stehend oder hängend.

Savemove2 ist für die Standard-, Compact- und Lackierroboter-Steuerung verfügbar und kann auch bei Anwendungen mit gefährlichen Prozessen wie Wasserstrahl- und Laserschneiden zum Einsatz kommen, so das Unternehmen. Dabei überwacht das System die Werkzeugposition, Werkzeuggeschwindigkeit sowie Werkzeugorientierung.

Das sind nicht die einzigen Funktionen des Systems. So ermöglicht es zum Beispiel die Funktion Safe Zones, die Zellengröße zu optimieren. Sie vereinfacht damit den Schutz von Anlagen. Die Funktion Safe Axis Ranges ersetzt elektromechanische Positionsschalter. Sie erhöht laut Unternehmen die Kontrolle und Flexibilität und reduziert den Wartungsaufwand.

Safe Speed überwacht dagegen die Geschwindigkeit auf einem definierten Niveau, sodass ein Bediener in der Nähe des Roboters arbeiten kann.

Den Stillstand von Roboterachsen, ohne dass der Motor ausgeschaltet werden muss, hat die Funktion Safe Standstill im Blick. Sie ermöglicht dem Bediener, Aufgaben in unmittelbarer Nähe des Roboters auszuführen. Eine zyklische Bremsenprüfung stellt zudem sicher, dass die Bremsen regelmäßig überprüft werden.

Zwei Software-Optionen

Mit den Software-Optionen Basic und Pro bietet das System verschiedene Leistungspakete. Beide sind für die Robotersteuerung sowie zum Beispiel das Offline-Programmier- und Simulationsprogramm Robotstudio verfügbar. Damit lassen sich Sicherheitskonfigurationen durchführen. Programmierer visualisieren mithilfe von Simulationen und 3D-Objekten Sicherheitszonen.

Safemove Pro bietet 16 verschiedene Bewegungsräume für den Roboter. Darüber hinaus können Stillstände festgelegt werden, sodass der Roboter stoppt, wenn etwa der Mensch ein neues Werkstück einlegen muss. Obwohl die Antriebe des Roboters ständig zugeschaltet sind, hindert ihn Safemove2 an einer Bewegung.

Sicherheitsfunktionen können mit der Lösung direkt in die Robotersteuerung integriert werden. Damit ist es möglich, mehr Zonen, Bereiche und geführte Werkzeuge zu überwachen als in den Vorgängerversionen, so ABB.

Eine Reihe spezieller Tools für Einrichtung, Validierung und Inbetriebnahme würden dazu beitragen, dass Safemove2 leicht eingerichtet werden könne. Eines dieser Tools, Safemove Visualizer, spiegelt die Konfigurationen des Systems direkt auf das Flexpendant, ein tragbares Bediengerät, mit dem viele der beim Betrieb eines Robotersystems anfallenden Aufgaben erfüllt werden können.

30 Prozent weniger Invest

So ist eine genaue Analyse im Fall einer Zonen- oder Achsverletzung möglich. Savemove Visualizer enthält ebenso einen Inbetriebnahme-Workflow, der eine Kontrolle über alle Sicherheitsfunktionen bietet.

Die Hardware des Systems gewährleistet zudem die Leistung der Sicherheitsfunktionen einschließlich Sicherheits-E-/As, so das Unternehmen. Sie sorgt dafür, dass die auf dem Hauptcomputer der Steuerung laufenden Anwendungen unabhängig arbeiten und stabil laufen.

Dank sicherer Feldbus-Kommunikation ist das System direkt in die Robotersteuerung IRC5 integriert, die mit der Option »Schlüssellose Betriebsartenwahl« (Keyless Mode Selection) erhältlich ist. Bei dieser Option wird der Schlüsselschalter an der Steuerung durch einen virtuellen Wahlschalter auf dem Flexpendant ersetzt. Das erleichtert den Zugang zur Maschine, da ein externes Bedienfeld nicht mehr nötig ist.

Das System schaffe die Voraussetzungen dafür, den Menschen in die Nähe des Roboters zu bringen, so ABB. Das könne in Einzelfällen den Materialeinsatz für Schutzvorrichtungen verringern.

Ein Kunde des Technologieunternehmens konnte durch Einführung des Systems den Materialaufwand für die Schutzumhausungen so weit verringern, dass sich ein hoher sechsstelliger Euro-Betrag einsparen ließ. Das sicherheitszertifizierte Produkt kann laut dem Konzern zudem die Gesamtinvestitionen um bis zu 30 Prozent senken.

Erschienen in Ausgabe: 08/2018

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