Sichere Säule für die Fertigung

Wo immer Roboter Aufgaben in der Fertigung übernehmen, ist oft auch der Mensch nicht weit. Damit Werker und Maschine sicher „Hand in Hand" arbeiten können, müssen mögliche Gefahrenbereiche zuverlässig überwacht sein. Der Arbeits- oder Produktionsprozess darf dadurch nicht unnötig behindert werden. Das gilt insbesondere auch für die Automobilindustrie, wo Flexibilität, Produktivität und Sicherheit maßgebende Anforderungen sind. Der hohe Qualitätsanspruch bei der Produktion erfordert präzises und deshalb oft von Roboterhand geleistetes Schweißen. Gleichzeitig muss der Werker jederzeit schnellen und risikolosen Zugang zur Bearbeitungszelle haben. Möglich macht dies SafetyEye, das sichere Kamerasystem für die dreidimensionale Raumüberwachung.

Häufig geht ein großes Gefahrenpotenzial gerade von den Maschinen aus, die eigentlich den Werker entlasten sollen.
Die Absicherung von Roboterbewegungen, sehr schnell und präzise in beliebige Richtungen, wurde bis dato durch trennende Schutzeinrichtungen realisiert. Eine Absicherung, die dem Risiko von Manipulationen ausgesetzt ist.

Auch muss die Zugangsüberwachung zu den Gefahrenbereichen und die Überwachung derselben oftmals zusätzlich abgesichert werden.
Generell kommen Laserscanner und Lichtvorhänge dort zum Einsatz, wo Gefahrenräume überwacht werden sollen. Diese sog. berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen (BWS) müssen dann individuell für jede Applikation ausgewählt und entsprechend angepasst werden.
Dabei sind Auflösung und Länge, neben der Montage des Schutzfeldes, wichtige Parameter bei der Auswahl der BWS. Weiterhin müssen die Geräte oft durch einen zusätzlichen mechanischen Schutz aufwendig gegen Beschädigungen abgesichert werden, der den Arbeits- oder Produktionsablauf behindert. Wie bspw. bei Zugangsabsicherungen, bei denen häufig Umlenkspiegel im Arbeitsbereich montiert sind und so keinen uneingeschränkten Verkehr von Gabelstaplern gewährleisten.

Manipulationssichere Überwachung von oben
Das weltweite erste sichere dreidimensionale Kamerasystem SafetyEye aus dem Hause Pilz eröffnet hier neue Möglichkeiten zur Überwachung und Absicherung von Gefahrstellen und Gefahrbereichen: Installiert über dem zu überwachenden Bereich, ermöglicht es freien Zugang zum und sicheren Aufenthalt im Gefahrbereich. Dabei überwacht das sichere Kamerasystem Gefahrstellen und -bereiche in 3-D und lückenlos. Gefahrenbereiche werden mit virtuellen Warn- und Schutzräumen umgeben, die sich im SafetyEye Configurator frei definieren lassen. Das Konfigurationstool bietet dafür verschiedene, vordefinierte geometrische Formen sowie die Option, Warn- und Schutzräume frei Hand zu erstellen. Es lassen sich beliebig viele Warn- und Schutzräume konfigurieren, denen dann mit Hilfe des SafetyEye Configurators verschiedene Aktionen für unterschiedliche Gefahrensituationen zugeordnet werden können.

Im Vergleich zu den herkömmlichen Methoden zur Absicherung und Überwachung hat dies Vorteile. Denn diese stören nicht nur den Produktions- und Arbeitsablauf, sondern verursachen auch ein Mehr an Kosten: Immer wieder führt das Unterbrechen einer BWS zu einem sofortigen Stopp der gefahrbringenden Bewegungen. Diese Abschaltung bewirkt eine verstärkte Belastung der Mechanik und begünstigt häufig einen höheren Verschleiß der Maschine.

Mit SafetyEye ist folgendes Szenario möglich: Ein Werker nähert sich einer Maschine. Zunächst noch weit von der voll in Produktion stehenden Maschine entfernt, erhält er, sobald er einen definierten Warnraum betritt, einen akustischen oder optischen Hinweis. Bei einer weiteren Annäherung verlangsamen sich die Arbeitsprozesse bereits. Erst wenn er den engsten um die Maschine gelegten virtuellen Schutzraum verletzt, erfolgt in Sekundenbruchteilen der Not-Halt. Die mit dem SafetyEye Configurator einmal definierten Räume lassen sich jederzeit per Mausklick neu anpassen und komplexe Verknüpfungen verschiedener Räume und Funktionen einfach konfigurieren und in Betrieb nehmen. Weitere Hard- oder Software wird nicht benötigt.

Schweißen mit höchster Präzision
Auch bei der Benteler Automobiltechnik gilt es, Sicherheit und Produktivität bestmöglich zu vereinbaren. Am Produktionsstandort in Paderborn, wo unter anderem B-Säulen für verschiedene KfZ-Modelle gefertigt werden, hat sich das Unternehmen aus Gründen der Produktivität für den Einsatz des dreidimensionalen, sicheren Kamerasystems SafetyEye von Pilz entschieden.

Die Säulen eines Fahrzeugs können Leben retten: Überschlägt sich ein Auto bei einem Unfall, verhindert bspw. die B-Säule als Verbindung zwischen Fahrzeugboden und Fahrzeugdach, dass sich die Fahrgastzelle vertikal zu stark verformt. Eine präzise Fertigung ist hier Voraussetzung dafür, dass B-Säulen ihre Stabilisierungsfunktion später auch erfüllen können. Um die hohen Ansprüche an die Fertigung einlösen zu können, ist die Montage der Blechteile für die Säule fast reine Roboterarbeit. Der Werker legt lediglich in eine Vorrichtung des Rundtisches die einzelnen Blechteile für die jeweilige B-Säule von Hand ein und spannt diese über ein Zweihandpult, bevor er den Prozess startet.

Ab hier übernehmen die Roboter alle anfallenden Aufgaben der Fertigung. Neben dem Schweißen ist dies auch das Handling der Komponenten zwischen den einzelnen Bearbeitungsstationen der Anlage. Präzision ist hier entscheidend.
Gefertigt werden auf der Anlage sowohl rechte als auch linke B-Säulen. Wichtig für die Entscheidung, SatetyEYE einzusetzen war, dass das Sicherheitssystem sowohl den hohen Qualitätsansprüchen, die an diesen Fertigungsprozess gestellt werden, als auch der Produktivität der Anlage Rechnung trägt und damit höchste Anforderungen in Bezug auf die Flexibilität erfüllt.

Lückenlose Sicherheit ohne ­Behinderung des Prozesses
Jeder Umrüstung einer Maschine oder Anlage liegt eine gründliche Analyse und Bewertung möglicher Gefahren der Anwendung zu Grunde. Das ursprüngliche Szenario der Schweißanlage: Als Gefahrenbereiche wurden generell die Bewegung des Rundtisches und die Bewegungen der Roboter im Einlegebereich des Werkers erkannt und bewertet. Um das Gefahrenpotential zu minimieren, wurde der Zugang mit einem Rolltor ausgerüstet. Der Nachteil dieser Lösung: Der Gefahrbereich konnte so nicht einwandfrei eingesehen werden. Deshalb wurde der Aufenthalt des Werkers im Gefahrbereich zwischen Rolltor und Rundtisch zunächst mit zwei zusätzlichen BWS-Systemen abgesichert, wobei die zwei Sender und zwei Empfänger des Systems horizontal zum Arbeitsbereich installiert wurden. Mit zusätzlichen mechanischen Komponenten - Blechen über der BWS - sollen Werker daran gehindert werden, die Anlage zu betreten.

Mit optoelektronischen Schutzeinrichtungen wie Lichtgitter und Laserscanner jedoch lassen sich keine Räume, sondern allenfalls Ebenen überwachen. Eine lückenlose Überwachung des Aktionsradius des Roboters im Gefahrbereich wäre so entweder gar nicht oder nur mit großem technischen Aufwand machbar gewesen. Dasselbe hätte für eine erneute Montage der BWS- Systeme bei späteren Anpassungen an sich ändernde Gefahrbereiche gegolten.

Um eine übergreifende Lösung zu erreichen, die alle Gefahrenbereiche zuverlässig überwachen kann, entschied man sich für den Einsatz von SafetyEye. Das dreidimensionale Kamerasystem überwacht den gesamten Gefahrbereich mit nur einem Sensor. Dieser wurde oberhalb der Applikation an einem Haltearm montiert, damit der Arbeits- und Produktionsablauf nicht behindert wird.
Wichtig war die Bestimmung der Sensorposition. Diese wurde mit dem SafetyEye Assistent, einem CAD-Tool des SafetyEye Configurators, im Vorhinein definiert. Dazu wurde die Applikation im SafetyEye Assistent nachgebildet und der Anwender so bei der Auswahl der optimalen Position für die Montage des SafetyEye unterstützt.
Nach der Umrüstung auf SafetyEye erfolgt

jetzt die Überwachung der Gefahrstellen am Rundtisch und des Gefahrbereichs vor dem Rundtisch so, dass Manipulationen von Schutzeinrichtungen seitens des Werkers ausgeschlossen sind. Auch die Produktivität der Roboterschweißanlage ist nun zu 100% gewährleistet, denn sowohl Rolltor - als Zugangsabsicherung - als auch beide BWS-Systeme - als Gefahrbereichsabsicherung - konnten demontiert werden. Der Werker hat nun einen freien Blick auf den Rundtisch und den Prozess, in den er bei Störungen unmittelbar eingreifen kann, ohne das Öffnen des Rolltores abwarten zu müssen.

Nach der Umstellung auf SafetyEye ist das Unternehmen von SafetyEye überzeugt und will auch zukünftig auf das dreidimensionale Kamerasystem setzen, da es die Arbeitsprozesse mit Blick auf die Ergonomie entscheidend verbessert.