Bild: Sick – Continental
Kollaborative Robotik

Continental gehört zu den weltweit führenden Automobilzulieferern, der für zunehmend mehr Flexibilität in seinen Prozessen inzwischen auch kollaborative Roboter einsetzt. Für die nötige Sicherheit sorgen Lösungen von Sick.


Im Werk Babenhausen gehen rund um die Uhr alle 15 Sekunden Hightech-Komponenten für Auto-Cockpits vom Band. Da ist wenig Luft nach oben, um Stillstandzeiten aufzuholen. Deshalb ersetzt Continental derzeit starre Prüf- und Bestückungslinien durch flexible redundante kollaborative Prüflinien: Die Roboter (Cobots) Claus und Clara bestücken die Prüfautomaten und zwar dort, wo sie benötigt werden. Beschäftigte gehen ihnen falls nötig zur Hand. Für die Sicherheit im kollaborativen Miteinander sorgt eine Safety-Lösung von Sick, bestehend aus Sicherheits-Laserscannern S300, Sicherheitsschaltern TR4 und Software-programmierbaren Sicherheitssteuerungen Flexi Soft. In der komplett neu aufgebauten Prüflinie gibt es drei Prüfstände, die mit Robotern bestückt werden: Der Cobot nimmt sich ein Teil vom Band, legt es in den Prüfautomaten, entnimmt das geprüfte Gerät wieder und legt es auf das nächstes Band.


„Claus (Clever automatisiertes universelles Roboter-System) und Clara (Clever automatisierte Roboter Applikation) sind halbmobile Leichtbauroboter, die stationär arbeiten, aber mobil einsetzbar sind“, beschreibt Heiko Liebisch, Industrial Engineering, Robotics, Continental Automotive GmbH, die Cobots und ihre Vorteile. „Mit diesem Konzept ist es möglich, den Roboter auszuheben und für eine andere Schicht an einen anderen Platz zu fahren. Somit haben wir die Möglichkeit, an zwei Anlagen mit denselben Robotern zu arbeiten.“

 

Sicherheit macht MRK effizient


Mittels mechanischer Indexierung kann der Cobot jederzeit wieder optimal zum Prüfplatz positioniert werden. Hier verifiziert ein Transponder-Sicherheitsschalter TR4 Direct Unique-Code Sensor den TR4 Direct Unique-Code-Betätiger an Claus oder Clara. „Alles was zum Thema Sicherheit in dem ganzen System steckt, wird über die Software-programmierbare Sicherheitssteuerung Flexi Soft gesteuert. Sie prüft, ob der codierte Sicherheitsschalter vorhanden ist. Ist der Schalter verifiziert, laden die Sicherheits-Laserscanner (S300 Advanced) die Feldsätze, die passend zum Arbeitsplatz hinterlegt sind und geben dem Cobot die Freigabe, sein Programm zu laden und starten zu können“, beschreibt Heiko Liebisch die Initialisierung.


Die neue Linie bietet die Möglichkeit, ausgeschleuste Prüfteile wieder in die laufende Anlage zu bringen. Hierfür geht ein Bediener im laufenden Betrieb zur Prüfanlage bzw. zum Cobot, legt das Prüfteil irgendwohin, wo gerade Platz ist, läuft wieder heraus, und der Cobot weiß selbständig: Da liegt etwas, das muss ich noch prüfen – und macht dann ganz normal weiter.


Die Sicherheits-Laserscanner sorgen diagonal angebracht für die Rundum-Überwachung. Sie zeigen frontseitig per Leuchtmelder in Ampelfarben die Schutzfeldzonen bzw. deren Verletzung an. Damit Bediener dies quasi bereits im Augenwinkel wahrnehmen können, leuchtet der ganze Korpus unter dem Cobotarm entsprechend der Signalampel-Automatik. Im kollaborativen Modus läuft Claus gelb an und reduziert die Geschwindigkeit. Im roten Modus bleibt er komplett stehen. Verlässt der Bediener das rote Schutzfeld, läuft das System und somit Claus automatisch wieder an. Der Bediener muss nicht quittieren.


Auch wenn Claus und Clara sich relativ langsam bewegen, kann ein Roboterarm generell einem Bediener lebensbedrohlich nah kommen. „Zu beurteilen ist immer das Gesamtkonzept. Deswegen haben wir die vorne zum Einsatz kommenden Greifer lasergesintert – ohne spitze Kanten, alles verrundet.“ Da keine Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) der anderen gleicht, ist eine individuelle Risikobeurteilung der MRK-Applikation selbst dann erforderlich, wenn der eingesetzte Roboter speziell für die Interaktion mit dem Menschen entwickelt wurde. Gleichzeitig muss auch der Kollaborationsraum grundlegende Anforderungen erfüllen, zum Beispiel hinsichtlich Mindestabständen zu angrenzenden begehbaren Bereichen mit Quetsch- oder Einklemmgefahren. Normative Grundlage für die funktionale Sicherheit von MRK-Anwendungen sind zum einen generelle Normen wie die IEC 61508, die IEC 62061 und die ISO 13849-1/-2. Darüber hinaus sind die ISO 10218-1/-2 zur Sicherheit von Industrierobotern und speziell die ISO TS 15066 über Roboter für den Kollaborationsbetrieb zu berücksichtigen.


Das Team um Heiko Liebisch hat sich bezüglich Auslegung, Richtlinien, gesetzlichen Vorgaben und Normen für kollaborative Robotik von Sick beraten und schulen lassen. „Wir sind ganz glücklich mit dem System, wie es draußen läuft“, kommentiert er das Ergebnis. „In der Praxis zeigen sich hier und da noch Optimierungsmöglichkeiten, die wir mit Sick als Partner für die Gesamtlösung weiter entwickeln werden.“

 

Hoher Automatisierungsgrad vs. flexible Fertigungsabläufe


Wenn Mensch und Maschine jetzt noch enger und dennoch sicher zusammenarbeiten, ist die funktionale Sicherheit in modernen Fertigungssystemen ein Schritt auf dem Weg zu mehr Flexibilität. Hierzu sind nicht nur ein umfassendes Verständnis der Roboteranwendungen, sondern auch Fachwissen bei der Risikobewertung und das entsprechende Portfolio an Sicherheitslösungen notwendig. Bei bestimmten Anwendungen müssen der Mensch und der bewegte Roboter eng miteinander interagieren. In diesen kollaborativen Szenarien stellen Kraft, Geschwindigkeit, Bewegungsbahnen des Roboters und das Werkstück inklusive Werkstückträger Gefahren für den Werker dar. Diese Gefahren müssen entweder durch die Nutzung inhärenter Schutzmaßnahmen oder/und durch die Anwendung zusätzlicher Maßnahmen zur Risikominderung beschränkt werden.


Ein Beispiel für eine Anwendung, wie die Vernetzbarkeit mehrerer Sicherheits-Laserscanner die Lösung der Applikation erleichtert, ist die lückenlose 360°-Rundum-Absicherung mit S300 Mini, S300, S3000 oder dem neuen microScan3 Core im Verbund mit der Sicherheitssteuerung Flexi Soft von Sick. Durch diese Lösung ist die Sicherheit in alle Bewegungsrichtungen gewährleistet. Es handelt sich hierbei um eine integrationsfreundliche, hochverfügbare und wirtschaftliche Komplettlösung aus einer Hand, das heißt ohne applikationstechnische Schnittstellenrisiken. Die Sick-spezifische EFI-Schnittstelle (Enhanced Function Interface) erlaubt eine direkte sicherheitsgerichtete Kommunikation der Geräte untereinander. Die Nutzung dieser Schnittstelle minimiert den sonst erforderlichen hohen Verkabelungsaufwand für den Anwender – und damit gleichzeitig auch das Risiko von Verdrahtungsfehlern insbesondere während der Inbetriebnahmephase. Durch die zentrale Integration der Flexi Soft im Fahrzeug oder Roboterkorpus ist neben der einfachen Konfiguration auch eine verbesserte Diagnose des Laserscanner-Gesamtsystems von einer Stelle aus möglich. Dies spart nicht nur Zeit während der Inbetriebnahme, sondern optimiert auch die Wartung und Instandhaltung.


www.sick.de

 

 

 

Beitrag aus dima 3/2018:

 

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