Automation mit Roboter

Mit Hilfe von Sicherheits-Laser­scannern der Produktfamilie ­MicroScan3 sowie einer Sicherheitssteuerung Flexi Soft gewährleistet Desma an einer Spritzgießmaschine den sicheren ­Betrieb ­eines Roboters. Die berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen ermöglichen einen 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 so den Ablauf nicht.

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 wird kontrolliert so verlangsamt, dass von der Bewegung keine Gefahr mehr ausgeht. Dadurch war es möglich, die erforderlichen Sicherheitsabstände der vertikal überwachenden MicroScan3 zur gefahrbringenden Bewegung des Roboters deutlich zu reduzieren – und damit auch den gesamten Platzbedarf für die Maschine und ihrer Sicherheitstechnik. Ein weiterer MicroScan3 überwacht den Ablagetisch des Roboters. Wechselt der Maschinenbediener beispielsweise ein Werkzeug und steht dabei auf dem Tisch, das heißt innerhalb des überwachten Bereiches, wird er von diesem Sicherheits-Laserscanner detektiert und ein Start des Roboters verhindert. Die gesamte sicherheitstechnische Applikation kann somit mit automatischem Wiederanlauf, also ohne manuelle Wiederanlaufsperre betrieben werden. Der Werker nimmt die Sicherheitstechnik dadurch nicht mehr als störend wahr, da sie ganz automatisch dem Arbeitsablauf des Werkers folgt und man nicht mehr explizit, durch Drücken eines Wiederanlaufschalters, mit ihr interagieren muss. 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 zur Silikon- und Gummiverarbeitung von Desma.

Desma: die Experten für Spritzgieß­maschinen
Premiumlösungen mit System für viele Branchen – diesen Anspruch an sich selbst realisiert die Klöckner Desma Elastomertechnik in Fridingen durch individuelle, schlüsselfertige Systemlösungen zur Produktion von technischen Gummi- und Silikonformartikeln. Hierfür bietet das Unternehmen Spritzgießtechnik, Werkzeugbau und die Automatisierungstechnik aus einer Hand an. Dadurch erfüllen die Spritzgießmaschinen kunden- und branchenspezifische Anforderungen und ermöglichen sichere Prozesse, die eine höchst profitable Produktion von Gummi- und Silikonformteilen ermöglichen – wie sie beispielsweise in Automobilen, Schiffen, Energieversorgungsanlagen oder medizinischen Geräten eingesetzt werden.

Mensch-Roboter-Kooperation zur automatischen ­Materialzufuhr und -entnahme
Zukunftsweisende Technologien sind 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. Diese Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) 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 um den MRK-Arbeitsplatz schieden für Desma daher aus.

Horizontale und vertikale Absicherung mit ­Sicherheits-Laserscannern 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 ty 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.

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. Damit sind zwei identisch verschlüsselte Scannersequenzen – und damit die Gefahr der gegenseitigen Beeinflussung – so wahrscheinlich wie der sprichwörtliche „6er im Lotto“. 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
MRK-Applikationen werden in üblichen Produktions-, Montage- und Logistikumgebungen verwendet. Die Sicherheits-Laserscanner MicroScan3 als MRK-Überwachungslösung für die DESMA-Spritzgießmaschine müssen sich den zu erwartenden Umgebungsbedingungen stellen. Durch ihre SafeHDDM-Scantechnologie erreichen sie eine unerreicht 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 mehr Verfügbarkeit für den Roboter an der Spritzgießmaschine.

Umfassende Expertise bei der ­Auslegung sicherer Roboterappli­kationen
Mit der Produktfamilie MicroScan3 hat ein Technologiewechsel im Markt der aktiv tastenden Sicherheits-Laserscanner stattgefunden, der insbesondere auch der sicheren und hoch verfügbaren Mensch-Roboter-Interaktion zu Gute kommt. Der MicroScan3 wie auch die Sicherheitssteuerung Flexi Soft sind Teil eines Sensor- und Steuerungsportfolios, das sich seit Jahrzehnten mit den Anforderungen sicherer Roboteranwendungen weiterentwickelt hat. Die zunehmend intelligenteren Sicherheitslösungen auf der Basis unterschiedlicher Technologien ermöglichen immer neue MRK-Anwendungen mit zunehmend anspruchsvolleren Anforderungen. Bei der Entscheidung für Sick als Partner zur Realisierung dieser MRK Applikation war für Desma entscheidend, dass Sick neben einem breiten Portfolio an Produkt- und Systemlösungen auch eine hohe sicherheitstechnische Beratungskompetenz sowie umfassende Dienstleistungen hinsichtlich Sicherheitskonzepten anbietet, so Herr Heiko Wolters Teamleiter Hardware Entwicklung von Desma.

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