Kostenreduzierung durch erhöhte Sicherheit – Roboter ohne Schutzzaun

(Kataloglink Cubic-S)

Neue Funktionen bieten neue Möglichkeiten zur Automatisierung. Die hier vorgestellte Option zeigt wieder deutlich, dass sich durch konsequente Weiterentwicklung moderner Automation immer wieder neue Horizonte öffnen und Potentiale bieten.
Kawasaki Robotics, als einer der Pioniere der Robotertechnik, ist seit nunmehr 40 Jahren Hersteller von Industrierobotern und immer wieder gut für Überraschungen. Konservativ in der Entwicklung, werden neue Funktionen gut durchdacht und umfassend getestet dem Markt präsentiert. Die neueste Entwicklung der Robotersteuerung, die im E-Controller zu finden ist, ist das neue Sicherheitskonzept Cubic-S. Bestehend aus einer separaten Rechnereinheit ist diese Controlleroption vielfach verwendbar  und ein sicherheitstechnisches Highlight der aktuellen Roboterserien.
Cubic-S steht für intelligente Sicherheit in Robotics. Supervice, Safety, Smart - Überwachen, Sicherheit und Klugheit sind die Schlagworte für diese Funktion und stehen für die dynamische Sicherheitsüberwachung aller Roboterbewegungen in unterschiedlichsten Zuständen für unterschiedlichste Anwendungsfälle.
Mit dieser Sicherheitsfunktion des Roboters ist es möglich neue Zellenkonzepte zu realisieren und Mensch und Maschine in den Dialog zu setzen. Grundsätzlich können acht unterschiedliche Funktionen abgerufen werden und zur Kontrolle und Steuerung eingesetzt werden.

•    Überwachung der Arbeitsbereiche sowie der Achsen des Roboters
•    Geschwindigkeitsüberwachung
•    Stillstandsüberwachung
•    Überwachung der Werkzeugorientierung
•    Not-Halt Funktion in den Stopkategorien 0 bis 2
•    Not-Aus Funktion in den Stoppkategorien 0 und 1
•    Ausgabe der Sicherheitszustände aller Cubic-S Funktionen oder der Zustände der Sicherheitseingänge

Für die Automatisierung mit Kawasaki Robotern bedeutet dies, dass maximal verkleinerte Roboterzellen realisierbar sind, die sich rein auf die programmierte Roboterbewegung beschränken und den möglichen Arbeitsbereich des Roboters nicht berücksichtigen müssen. Der Roboter wird hierbei in sicherer Technik in seiner Bewegung so eingeschränkt, dass Arbeitsbereiche außerhalb des aufgabenbedingten Bereichs vom Roboter nicht erreichbar sind. Selbst bei einer Fehlprogrammierung schaltet der Roboter durch die permanente Überwachung seiner Bewegungen sofort bei Erreichen eines verbotenen Bereichs ab.
Mensch-Maschine-Interaktion wird möglich durch die permanente Überwachung der Geschwindigkeiten und die Kopplung mit passender Sicherheitstechnik wie z.B. Lichtgitter, die in das Cubic-S Modul integriert werden. Durch die Kopplung mit dem weltweit ersten sicheren Kamerasystem SafetyEYE von Pilz kann sogar gänzlich auf die Anbringung eines Schutzzauns verzichtet werden.
Das sichere Kamerasystem des Experten für sichere Automation wird über dem Roboter montiert und bildet zwei unsichtbare Sicherheitszonen. Diese Zonen sind je nach Anwendung und Roboter individuell programmierbar. Betritt ein Werker die erste Zone, den sogenannten „Warnraum“, so wird diese Verletzung des Sicherheitsbereichs an das Cubic-S  Modul weitergeleitet und dort entsprechend ausgewertet. Cubic-S reduziert daraufhin die Geschwindigkeit des Roboters auf Einrichtgeschwindigkeit. Dies bedeutet, dass der Roboter mit einer maximalen Geschwindigkeit von 250mm/s betrieben werden kann. Überwacht werden entweder die Flanschgeschwindigkeit, der TCP, oder frei definierte Punkte im Werkzeug. So kann je nach Bedarf und möglicher Gefährdung die Überwachung individuell angepasst werden. Bei Betreten der zweiten Zone, dem „Schutzraum“, stoppt der Roboter automatisch und geht in einen definierten Not Halt, so dass zu keiner Zeit eine Personengefährdung entstehen kann.

Verschiedenste Konzepte zum Bau von Roboterzellen können mit Hilfe des Cubic-S und des Pilz SafetyEYE realisiert werden, wie z.B.  der Aufbau einer mobilen Roboterzelle (Maschinenbestückung, Palettierung, …). Der Roboter trägt so seinen unsichtbaren Schutzzaun immer mit sich und das Umsetzen der gesamten Arbeitszelle zwischen verschiedenen Anlagen wird deutlich einfacher und der Zeitverlust minimiert. Kombinierte Bereiche, die regelmäßig von Personen passiert werden müssen, sind in das Zellenkonzept integrierbar. Sei es um benachbarte Bereiche zu begehen oder um Anlagenbereiche zu be- oder zu entladen.
Ein wichtiger Schritt, um die Flexibilität moderner Roboteranwendungen noch weiter zu erhöhen und den Umgang mit den Maschinen erheblich zu erleichtern. Die Interaktion und die Möglichkeit des dynamischen Eingriffs eines Werkers in den Prozess, ohne ihn zwingend zu stoppen, ermöglichen völlig neue Konzepte und Prozesse, die zuvor nicht oder nur schwer automatisierbar erschienen.

Abb. 1 (Kawasaki Robotics GmbH)
Cubic-S ermöglicht freischalten und sichern von unterschiedlichen Bereichen, so dass individuelles Eingreifen ermöglicht wird. Der Roboter erlangt somit neue Freiheiten im Betrieb.

Über SafetyEYE von Pilz: Sicherheit in 3D
Das sichere Kamerasystem SafetyEYE ist eine „sehende“ Sicherheitstechnologie für die Raumüberwachung. Dabei kombiniert das System der Pilz GmbH & Co. KG intelligente Sensorik mit effektiver Steuerung. Wo früher aufwändig mehrere Sensoren aufeinander abgestimmt und ausgerichtet sowie mit Steuerungstechnik verdrahtet und in Betrieb genommen werden mussten, ermöglicht innovative 3-D-Technik und eine bedienerfreundliche Software das Steuern auch komplexer Anwendungen mit nur einem System. Mit dem SafetyEYE Configurator lassen sich Schutzzonen einfach und schnell am PC konfigurieren. Anwender profitieren von hoher Flexibilität. Das sichere Kamerasystem bietet die Möglichkeit, ohne mechanische Einschränkungen zu arbeiten. Gefahr bringende Arbeitsprozesse werden aus der Vogelperspektive sicher überwacht und gesteuert. Das Gesamtsystem besteht aus einer Sensoreinheit und einer Auswerteeinheit. Die Sensoreinheit wird über dem zu überwachenden Bereich installiert und ersetzt herkömmliche Schutzeinrichtungen.
Kombiniert mit der im Kawasaki Controller integrierten Hardwareeinheit Cubic-S ergibt sich ein modernes Sicherheitskonzept, dass in verschiedensten Konfigurationen starke Innovationen in der Applikationstechnik ermöglichen.


Abb. 2 (Pilz GmbH & Co. KG)
SafetyEYE ist das weltweit erste sichere Kamerasystem zur dreidimensionalen Raumüberwachung.


Abb. 3 (Pilz GmbH & Co. KG)
Mit nur einem Kamerasystem werden zuvor frei definierte Räume überwacht. 

Neuss, März 2012

Carsten Stumpf