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SafeProduction: Roboteranlagen ohne trennende Schutzeinrichtungen

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Reis Robotics konzipierte erstmals eine Sicherheitssteuerung für Roboter, die über Software frei konfigurierbar ist und nach DIN EN 954-1 Steuerungskategorie 3 personensicher arbeitet. Diese Sicherheitssteuerung stellt ein Novum auf dem Robotermarkt dar und bietet einzigartige sicherheitstechnische Möglichkeiten.

Die Notwendigkeit einer Sicherheitssteuerung für Automationszellen ergibt sich aus der Tatsache, dass Roboter programmiert und eingerichtet werden müssen. Hierbei befindet sich eine Person in unmittelbarer Nähe der Maschine. Die Programmierung des Roboters erfolgt in der Regel mit aktiven Antrieben. Weiterhin ist es bei einigen Applikationen unumgänglich, den Produktionsprozess aus nächster Nähe zu beobachten, um gegebenenfalls korrigierend eingreifen zu können. Für den Bediener stellt der Roboter in diesen Fällen eine potentielle Gefahr dar, die, dank der Reis Sicherheitssteuerung, auf ein absolutes Mindestmaß reduziert ist.

Das Prinzip der Sicherheitssteuerung beruht darauf, dass in die Robotersteuerung ein zusätzliches Rechnersystem, der so genannte Reis-SafetyController integriert ist. Die Aufgabe des Reis-SafetyControllers ist es, die korrekte Funktion von Roboter und Steuerung ständig zu überwachen, und bei jeglichen Abweichungen von den Vorgaben die Anlage still zu setzen. Der Reis-SafetyController bildet das zentrale Sicherheitselement der Reis-Robotersteuerung. Er ist in Hardware und Software zweikanalig aufgebaut, und bietet Personensicherheit nach DIN EN 954-1, Steuerungskategorie 3. Alle sicherheitsrelevanten Informationen, wie zum Beispiel Achsstellungen des Roboters, werden zweikanalig gebildet und dem Reis-SafetyController über ein sicheres Feldbussystem zur Verfügung gestellt. Somit ist der Reis-SafetyController über den Zustand der Steuerung und über die Position und Geschwindigkeit des Roboters stets informiert.
Da sämtliche Überwachungsfunktionen in Software realisiert sind, werden neuartige Sicherheitsfunktionen möglich, welche einem nicht softwarebasierten System vorenthalten bleiben. So kann der Reis-SafetyController aus den Achsstellungen des Roboters die kartesische Position und Geschwindigkeit des Werkzeugflansches im Arbeitsraum des Roboters berechnen. Dies ist die Grundlage für viele weitere Sicherheitsfunktionen, von welchen nachfolgend einige Beispiele aufgeführt sind.
AchsspezifischeSchutzzonen
Mit dem Reis-SafetyController ist es nun möglich beliebige Roboter- oder Peripherieachsen durch eine Softwarekonfiguration in ihrem Bewegungsbereich sicher einzugrenzen. Damit erübrigt sich eine in solchen Fällen bislang übliche aufwendige Montage von Nockenbahnen und Nockenschaltern.
KartesischeSchutzzonen
Kartesische Schutzzonen sind geometrische Bereiche, die von mehreren ebenen Begrenzungsflächen umhüllt sind, wie zum Beispiel Würfel, Quader, Polyeder.
Bei Knickarmrobotern ist es wegen ihrer rotatorischen Kinematik nicht möglich mit Achsnocken kartesische Schutzzonen zu definieren. Mit einer speziellen Softwarefunktion des Reis-SafetyControllers wird dies erstmalig ermöglicht.
Durch einfaches Einlernen können kartesische Schutzbereiche definiert werden, innerhalb derer sich der Roboter bewegen darf. Bei Verlassen eines Schutzbereiches wird der Roboter stillgesetzt. Ebenso können verbotene Zonen definiert werden, in die der Roboter nicht eindringen darf. Fährt der Roboter in eine verbotene Zone ein, so erfolgt eine Abschaltung. Durch wahlfreie Verknüpfung verschiedener Zonen können auch komplexe Sicherheitsbereiche erstellt werden (Bild 1). Es besteht die Möglichkeit, definierte Zonen während der Produktion zu aktivieren.
Sicher reduzierte Geschwindigkeit
Die Norm DIN EN 775 fordert im Einrichtbetrieb eine maximale Geschwindigkeit von 250 mm/s am Werkzeugflansch. Dadurch soll der Bediener bei unvorhergesehenen Roboterbewegungen ausweichen, oder eine Notabschaltung betätigen können.
Der Reis-SafetyController überprüft im Einrichtbetrieb die Einhaltung dieser Maximalgeschwindigkeit. Bei Überschreitung der Geschwindigkeitsgrenze wird der Roboter sofort stillgesetzt.
Aufenthalt in unmittelbarer Nähe des Roboters
Diese neue Betriebsart stellt eine ganz wesentliche Grundlage für einige Anwendungsbereiche dar. Reis-SafeProduction ermöglicht dem Bediener, sich während des Produktionsbetriebes ganz ohne trennende Schutzeinrichtungen in ummittelbarer Nähe des Roboters aufzuhalten. Dies ist vor allem für Schweiß- und Schneidprozesse erforderlich. Der Bediener kann zum Beispiel den Prozess beobachten und bei Prozessabweichungen korrigierend eingreifen (Bild 2). In dieser Betriebsart wird die Geschwindigkeit des Roboters auf einen maximalen Wert von 50 mm/s begrenzt. Der Produktionsprozess läuft dabei selbstständig ab ohne dass der Bediener einen Zustimmungsschalter betätigen muss.
Erfolgreich in der Anwendung
SafeProduction ist bereits seit einiger Zeit erfolgreich im Einsatz bei Pilotanwendern. So z. B. bei der Fa. Arenz (www.arenz-gmbh.de) in Meckenheim. Das Unternehmen mit etwa 60 Mitarbeitern stellt Extruderschnecken zum Plastifizieren von Kunstoff her und regeneriert verschlissene Schnecken durch Materialauftrag im Plasma-Pulver-Schweißverfahren.
Der zeitaufwendige Schweiß-Prozess wurde bis vor 1,5 Jahren komplett manuell ausgeführt. Seither arbeitet hier ein Linear-schweißroboter, der im SafeProduction-Modus lediglich von einem Mitarbeiter überwacht wird.
Produktivitätszuwachs von 50 %
Wolfgang Thale, Geschäftsführer der Arenz GmbH ist hochzufrieden mit der Anlage: „Der Einsatz von SafeProduction hat einige Vorteile: Die Produktionsgeschwindigkeit hat um min. 50 % zugenommen, gleichzeitig ist die Nahtqualität eindeutig besser geworden. Mit der Prozessgeschwindigkeit von max. 50 mm/s gibt es bei uns keinerlei Probleme, die werden ohnehin nicht erreicht. Eines kommt noch hinzu, es ist einfacher einen Mitarbeiter so zu qualifizieren, dass er die Anlage bedienen kann, als für den manuellen Schweißvorgang.“
Kein Wunder also, dass Wolfgang Thale bei entsprechender wirtschaftlicher Entwicklung über die Anschaffung einer zweiten entsprechenden Anlage nachdenkt.
Reis RoboticsTel. 06022/5030, Fax 06022/503110
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