Sicherheits-Laserscanner

Kollege Roboter

Gängige Praxis ist es, Mensch und Roboter am Arbeitsplatz durch Schutzgitter und dergleichen zu trennen. Aber es geht auch anders. Die intelligente Kombination aus Sicherheits-Laserscannern der Produktfamilie microScan3 von Sick und der Sicherheitssteuerung Flexi Soft ersetzen Platz raubende Schutzgitter und garantieren, dass bei Desma Elastomertechnik Roboter und Werker gefahrlos kooperieren.

Die intelligente Kombination aus Sicherheits- Laserscannern der Produktfamilie microScan3 von Sick und der Sicherheitssteuerung Flexi Soft ersetzen Platz raubende Schutzgitter und garantieren, dass bei Desma Elastomertechnik Roboter und Werker gefahrlos kooperieren.

Die Mensch-Roboter-Kollaboration erhöht die Flexibilität in der Produktion, entlastet Mitarbeiter, verbessert die Anlagenverfügbarkeit und -produktivität sowie deren wirtschaftliche Effizienz. Daher hat Desma zusammen mit Sick einen kooperativen Arbeitsplatz entwickelt. Damit Roboter und Werker sicher zusammenarbeiten können, muss der Roboter sensibilisiert werden. Das kann über interne, smarte Sensorik im Roboterarm oder mittels externer Sensorik wie Sicherheitsscannern auf Laserbasis plus passender Steuerung funktionieren.

Im Umfeld einer Spritzgussmaschine bei Desma teilen sich nun Werker und Roboter den Arbeitsplatz, wenn der Werker Werkzeuge wechseln muss, Materialnachschub bringt oder fertige Teile holt. Ist der Sicherheitsbereich frei, dann ergreift der Roboter das angelieferte Rohmaterial und legt es in die Maschine. Anschließend entnimmt er die bearbeiteten Rohlinge, stellt sie für den Bediener zum Abtransport bereit und greift sich das nächste Rohteil. Mit Schutzgitter oder Ähnlichem wäre ein solcher kooperativer Arbeitsplatz nicht zu machen, denn der Werker braucht den ungehinderten Zugang zur Maschine.

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Die Sicherheits-Laserscanner MicroScan3 erreichen durch ihre SafeHDDM-Scantechnologie eine hohe Fremdlichtsicherheit bis 40.000 Lux (Bilder: Sick).

„Das von Sick und Desma entwickelte Sicherheitskonzept kombiniert zwei horizontale und zwei vertikale Überwachungsfelder“, fasst Michael Sanchez, Vertriebsaußendienst, Sick Vertriebs-GmbH, zusammen. Ein horizontales 275°-Feld überwacht den Bereich vor dem Roboter. Nähert sich der Werker, erfasst der horizontale Laserscanner ihn frühzeitig und die Steuerung bremst die Bewegung des Roboters so weit wie nötig ab. Dadurch reduzieren sich die zur Sicherheit nötigen Abstände der vertikal überwachenden MicroScan3 zur Bewegungsüberwachung des Roboters, was den Platzbedarf für Maschine und Sicherheitstechnik senkt. Ein zweiter MicroScan3 überwacht den Ablagetisch des Roboters. Wechselt der Bediener zum Beispiel ein Werkzeug und steht innerhalb des überwachten Bereiches, detektiert ihn der Laserscanner und verhindert den Start des Roboters. Dabei ist ein automatischer Wiederanlauf ohne manuelle Sperre möglich. Die erforderliche Logik und die Integration weiterer Sicherheitskomponenten wie Not-Aus-Taster geschehen in der Sicherheitssteuerung Flexi Soft. Dank der SafeHDDM (High Definition Distance Measurement)-Scantechnologie des MicroScan3 bietet dieses Konzept eine hohe Performance und Verfügbarkeit.

Vier Scanner für Hand- und Körperdetektion

Insgesamt hängen also an der Sicherheitssteuerung Flexi Soft vier Scanner, zwei sind horizontal und zwei vertikal ausgerichtet. Michael Sanchez: „Diese arbeiten mit einer stufenweise konfigurierbaren Objektauflösung zwischen 30 Millimeter, Handdetektion und 200 Millimeter, Körperdetektion, der MicroScan3 bietet also bei Bedarf mehrere Schutzfelder unterschiedlicher Auflösung.“

Die zu überwachenden Schutzfelder haben eine Reichweite bis zu 5,5 Metern und lassen sich mit der Software Safety Designer per Laptop auf einfache Weise direkt in das Maschinenlayout integrieren und diese Parametrierung per USB im Laserscanner speichern. Der Werker sieht am mehrfarbigen Display des MicroScan3 dessen Betriebszustand und kann über die Tasten des Bedienfeldes weitere Informationen als Klartext aufrufen. Die Geräte selbst sind robust und kompakt. Ihre Integration geschieht simpel mittels eines schwing- und vibrationsfesten Halterungssystems und elektrisch über einen achtpoligen M12-Standardstecker.

„Dieses hochauflösende, digitale Verfahren zur Zeit- und Abstandsmessung sendet mehr als 100-mal so viele Laserpulse als bei sonst üblichen Lichtlaufzeitmessungen und bietet deshalb bei der Absicherung von MRK-Szenarien wichtige Vorteile“, berichtet Michael Sanchez. So generiert das Multi-Puls-Verfahren zusammen mit der Auswertung wesentlich stabilere Messwerte und detektiert dabei die vorgeschriebenen Minimal-Remissionswerte von 1,8 Prozent sicher, ohne Überlagerung von Störsignalen.

Die zeitliche Kodierung der Laserpulse jedes Scanners ist entscheidend, wenn – wie bei Desma – mehrere Geräte gleichzeitig nahe beieinander arbeiten. Dabei beeinflussen sich die Laserscanner gegenseitig nicht, da die Laserpulse jedes Gerätes durch einen zeitlichen Versatz von einigen Nanosekunden kodiert und ihre Sequenz zusätzlich durch einen integrierten Zufallsgenerator modifiziert wird. „Damit sind zwei identisch verschlüsselte Scannersequenzen fast unmöglich, und damit ist es auch unwahrscheinlich, dass sich die Scanner gegenseitig beeinflussen könnten. Auch weitere Sensoren und Sensorsysteme, die Laser-LEDs als Lichtquellen nutzen, beeinträchtigen die Sicherheitsfunktion und Verfügbarkeit dieser neuen Scannergeneration nicht“, freut sich Michael Sanchez.

Die SafeHDDM-Scantechnologie besitzt eine hohe Fremdlichtsicherheit bis 40.000 Lux und ist deshalb kaum zu blenden, weder durch helles Tageslicht noch durch hochfrequente Umgebungsbeleuchtung oder direkt in die Optik strahlende Lichtquellen oder Spiegelungen. Zudem sorgt die Auswertung von SafeHDDM dafür, dass weder Staubpartikel in der Umgebung noch eine einsetzende Belagbildung auf der optischen Grenzfläche den Sensor stört. Weiter sorgt eine parabolisch gewölbte Frontscheibe dafür, dass alle Reflexionen, die außerhalb der optischen Strecke der Laserimpulse und ihrer Remissionen eintreffen, nicht ins Empfangselement des Geräts gelangen.

Diese Eigenschaften der Produktfamilie MicroScan3 gewährleistet so eine sichere und hocheffiziente Mensch-Roboter-Interaktion. Das System wie auch die Sicherheitssteuerung Flexi Soft sind Teil eines Sensor- und Steuerungsportfolios, das sich seit Jahrzehnten mit den Anforderungen sicherer Roboteranwendungen weiterentwickelt hat. bs

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