Pilz: virtueller Schutzzaun "SafetyEye" ermöglicht direkte Zusammenarbeit von Mensch und Roboter

Pilz: virtueller Schutzzaun "SafetyEye" ermöglicht direkte Zusammenarbeit von Mensch und Roboter. Roboter, die ohne Schutzzäune Hand in Hand mit Werkern arbeiten - das ist heute keine Zukunftsmusik mehr. Mit Hilfe neuer Kameratechnik hat Pilz ein System entwickelt und zusammen mit DaimlerChrysler realisiert, das ein dreidimensionales Bild eines Arbeitsraumes erzeugt. Auf dieser Basis können Werker vor Unfällen geschützt und zugleich das unnötige Abschalten von Robotern verhindert werden. Zu sehen auf der Hannover Messe 2007.

Sicherheit ist nicht gleich Sicherheit. Dies gilt zumindest im angelsächsischen Sprachraum. Denn Briten und Nordamerikaner unterscheiden auch sprachlich zwischen Objektschutz ("Security") und Personenschutz ("Safety"). Dass diese beiden Aspekte des Gesamt-Aufgabengebiets "Sicherheit in der Automation" heute eine immense Bandbreite technischen Know-hows erfordern, liegt auf der Hand.

Da zusätzlich aber allerorten der Druck besteht, Sicherheitsabschaltungen auf ein Minimum zu begrenzen, stößt das neue "Kompetenzzentrum Safety & Security" im Bereich Industrial Automation der Hannover Messe 2007 auf großes Interesse. Hoch innovative Sicherheitssysteme wie "SafetyEye" von Pilz, das die Schutzzäune, die bislang Werker und Roboter trennten, überflüssig machen soll, stellen sich dort dem Urteil des Fachpublikums.

Horst-Dieter Kraus, Leiter Marketing-Kommunikation von Pilz: "Die Anwendung unseres neuen 'SafetyEye' ermöglicht es wirklich, dass Roboter ohne Schutzzäune Hand in Hand mit Werkern arbeiten. Denn mithilfe unserer neuen sicheren Kameratechnik sind wir in der Lage, ein dreidimensionales Bild eines Arbeitsraumes zu erzeugen und darin sowohl statisch als auch dynamisch Warnräume und Schutzräume zu definieren. Tritt ein Mensch in den Warnraum ein, kann zunächst ein akustischer Alarm ausgelöst und die Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters verringert werden. Verlässt der Mensch den Warnraum rechtzeitig, kann auf das Abschalten des Roboters verzichtet werden."

Bei der Entwicklung des neuen Systems hat Pilz zusammen mit Spezialisten des Daimler-Chrysler Werks Sindelfingen folgende Ziele für das Projekt definiert:

• höhere Sicherheit für die Mitarbeiter
• schnelles und einfaches Einrichten der Schutzräume
• flexible Aufteilung der Schutzfelder
• hohe Flexibilität bei Umrüstungen
•  komfortable Diagnose im Fehlerfall
• nur ein System für einen Schutzraum
• Sensor kombinierbar für Sicherheits- und Prozessaufgaben
• kostengünstige Lösung.

Diese Ziele wurden erreicht. Die Prüf- und Zertifizierungsstelle MHHW der Maschinenbau- und Metall-Berufsgenossenschaft hat das Projekt "SafetyEye" von Anfang an begleitet, so dass die Projektpartner davon ausgehen, dass das "SafetyEye" im April die Zulassung von der BG erhalten wird.

Virtuelle Schutzzäune

Schutzzäune können also heute durchaus virtuell aufgebaut werden. "Der Schutzzaun der Zukunft besteht nicht mehr aus Drahtgittern, sondern aus Bits und Bytes. Dadurch wird es unmöglich, sich durch Manipulationen in Gefahrenzonen aufzuhalten - z.B. durch das Überbrücken eines Türkontakts", so Horst-Dieter Kraus weiter.

Der virtuelle Schutzzaun wird es auch zulassen, ein Bauteil durch die überwachte Zone hindurch an seinen Einbauort zu bringen, ohne den oder die Roboter anzuhalten. Ferner kann der Schutzraum so flexibel eingerichtet werden, dass bspw. ein Werker bei Montagetätigkeiten selbst innerhalb des Motorraums erkannt werden kann. Den dafür notwendigen Schulterschluss von Robotersteuerung und des Schutzsystems haben die Sicherheitsspezialisten von Pilz im "SafetyEye"-System kompromisslos realisiert.

Das ist der Knackpunkt: „Unser 'SafetyEye' schützt, steuert und überwacht mit nur einem System. Es besteht aus drei Kameras - der Sensoreinheit - für die sichere dreidimensionale Erfassung von Räumen bis 120 m² Grundfläche und einer Auswerteeinheit, die sich leicht über Ein- und Ausgänge mit anderen Automatisierungssystemen koppeln lässt. Die Anbindung von 'SafetyEye' an die Peripherie kann über das sichere Bussystem SafetyBus p oder über das noch junge SafetyNet p erfolgen.

Dabei stehen die Entwickler von Pilz heute an der Schwelle zu einer letztlich dynamischen Beschreibung des Schutzraumes. Also von Systemen, die in der Lage sind, Warnraum und engeren Schutzraum einer Roboterkinematik folgen zu lassen.

Horst-Dieter Kraus: "Es gilt die kleine Einschränkung, dass die hierfür erforderliche Software noch nicht fertig bzw. noch nicht sicherheitstechnisch zertifiziert ist. Wir können aber schon heute rund um einen Roboterarm oder eine Roboterstation mehrere virtuelle Schutzräume einrichten und diese nacheinander aktivieren. Das reicht aus, um einen Arbeitsraum sicher zu machen, wobei es erlaubt sein kann, für eine Arbeit in einen Raum vorzudringen, der kurz zuvor noch einen Schutzraum darstellte, in dem die Anwesenheit eines Werkers sofort zur Stillsetzung des Roboters geführt hätte. Da sich der Roboter aber aus diesem Raum entfernt hat und seine Steuerung die Rückkehr in denselben nicht zulässt, solange ein Werker dort tätig ist, können Roboter und Menschen mit den neuen Sicherheitssystemen künftig sehr eng zusammenarbeiten."

So ermöglichen neue Sicherheitssysteme neue Möglichkeiten in der Automation. Ein weiteres Bespiel hierfür ist die Tatsache, dass das "SafetyEye"-System es zulässt, ein Bauteil durch einen überwachten Raum zu transportieren, ohne dass ein Warnton ertönt oder ein Roboter stillgelegt wird. Ein enormer Fortschritt: Die meisten dieser Systeme arbeiten linear zweidimensional und können nur feststellen, dass eine Fläche durchstoßen wurde. Sie können aber nicht erkennen, ob ein Bauteil die Grenzlinie übertreten hat oder ein Mensch.

Deshalb muss bei diesen Systemen bei jeder Grenzverletzung sofort der Roboter außer Betrieb gesetzt werden. "Das 'SafetyEye' wird alle Gegenstände im Raum dreidimensional erkennen und kann dadurch ein definiertes Bauteil von einem Werker unterscheiden", macht Horst-Dieter Kraus deutlich.

Zum zweiten sind ist seine Auswerteeinheit und damit seine Steuerung systemtechnisch mit der Robotersteuerung oder der Anlagensteuerung verknüpft, so dass zum einen die Gefahrenzonen während des Prozesses verändert werden können und zum zweiten differenziert werden kann, ob es sich um ein im richtigen Moment zugeführtes Bauteil handelt oder um den Arm eines Menschen.

Die Vorteile solcher neuer Sicherheitstechnik liegen auf der Hand: Wird eine Fertigungslinie auf ein neues Modell umgestellt oder ein Produktionsprozess verändert, muss künftig kein Schutzzaun mehr umgebaut werden. Es müssen lediglich die Warn- und Schutzräume neu definiert, also das System konfiguriert werden.

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