Sicherheit in 3D

Der Trend zur verstärkten Interaktion zwischen Mensch und Maschine ermöglicht einerseits flexiblere Produktionsprozesse, andererseits steigt damit aber auch der Aufwand zur Sicherstellung des Personenschutzes mittels herkömmlicher Safety- Komponenten. Neue Perspektiven – sowohl aus technischen als auch wirtschaftlichen Gesichtspunkten – verspricht hier die Überwachung von Schutzräumen auf Basis von „sicherer“ Bildverarbeitung.

Der Trend zur verstärkten Interaktion zwischen Mensch und Maschine ermöglicht einerseits flexiblere Produktionsprozesse, andererseits steigt damit aber auch der Aufwand zur Sicherstellung des Personenschutzes mittels herkömmlicher Safety- Komponenten. Neue Perspektiven – sowohl aus technischen als auch wirtschaftlichen Gesichtspunkten – verspricht hier die Überwachung von Schutzräumen auf Basis von „sicherer“ Bildverarbeitung.

Gemäß der Maschinenrichtlinie muss jede Maschine oder Anlage einer Risikobeurteilung unterzogen werden. Ist das festgestellte Risiko nicht vertretbar, sind Schutzmaßnahmen zu treffen. Stand der Technik ist zum Beispiel die räumliche Trennung in Form von Abdeckungen, Schutztüren oder Zäunen. Der Nachteil dabei: All diese Lösungen schränken die Bewegungsfreiheit der Anwender auf vorgegebenen Situationen ein. Dies führt nicht selten zu Manipulationen, in deren Folge Schutzeinrichtungen außer Kraft gesetzt werden.

Schutzzäune sind fest mit dem Boden verankert. Damit verbunden ist eine Distanz zum Prozess. Zudem sind die Installationen fest und belegen den kostbaren „Floorspace“. Produktions- oder Produktänderungen sind damit immer auch mit baulichen Anpassungen verbunden.

Neben den mechanischen Schutzmaßnamen kommen optoelektronische Safety-Lösungen wie Lichtgitter oder Laserscanner zum Einsatz; doch auch diese haben ihre Grenzen, wie am Beispiel einer Roboter-Arbeitsstation unschwer ersichtlich ist: So lassen sich mit optoelektronischen Schutzeinrichtungen keine Räume, sondern allenfalls Ebenen überwachen. Fehlt zudem eine freie Sichtverbindung, sind zusätzliche Maßnahmen zu treffen. Eine lückenlose Überwachung des Aktionsradius eines Roboters ist auf diese Weise gar nicht oder nur mit großem technischen Aufwand machbar. Hinzu kommt, dass die üblichen Schutzeinrichtungen im Gefahrenfall einen sofortigen Stillstand des Roboters auslösen. Für den Neustart muss der Roboter exakt an dieselbe Position wie vor dem Stopp gefahren werden. Das kostet Zeit und wirkt sich auf nachfolgende Stationen einer Produktionslinie aus.

Diese Einschränkungen vor Augen, hat sich Pilz in Kooperation mit dem Automobilhersteller DaimlerChrysler Gedanken über neue Wege der Arbeitsraum-Absicherung gemacht. Konkret gingen die Überlegungen dahin, die Erfahrungen bei der Entwicklung optischer Fahrer-Assistenzsysteme auf die Produktionstechnik zu übertragen. Herausgekommen ist dabei schließlich eine neue Technologie zur dreidimensionalen Überwachung von Schutzräumen auf der Basis eines sicheren Kamerasystems, genannt „SafetyEye“.

Der Kokon für die Zelle

Die Safety-Lösung besteht aus zwei miteinander verbundenen Einheiten – der Sensoreinheit mit den Kameras und der Auswerteinheit. Letztere nimmt die Bewertung der aufgenommenen Bilder vor und stellt über eine programmierbare Sicherheitssteuerung das Interface zur Automation dar. Für ein echtes Raumbild von einem Objekt braucht es mindestens zwei Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven. Ähnlich unserem menschlichen Augenpaar sind also mehrere Sensoren, sprich Kameras nötig, um dies sicherzustellen. Ergo verfügt SafetyEye über eine Tripelanordnung, um unter allen optisch und real möglichen Situationen diese Bilder generieren zu können. Mit dem Basisabstand der einzelnen Kameras ist zudem die Tiefenwirkung festgelegt. Da sowohl statische wie bewegliche Objekte zu überwachen sind, müssen die Bilder der einzelnen Kameras zeitlich exakt synchron erzeugt werden.