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Pilz - Sichere Automatisierung

Mensch-Roboter-Kollaboration wird sicher

2. März 2015, 19:40 Uhr | Jochen Vetter

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Schritte zur sicheren MRK-Applikation

Für Maschinen im Sinne der Maschinenrichtlinie ist ein Konformitätsbewertungsverfahren Schritt für Schritt zu durchlaufen. Zu beachten ist, dass der Roboter normativ nur eine unvollständige Maschine darstellt; erst durch Greifer bzw. das für die jeweilige Applikation nötige Werkzeug erhält der Roboter einen bestimmten Zweck und muss als vollständige Maschine betrachtet werden. Der Integrator oder Anwender wird daher zum Hersteller der Maschine und ist für die CE-Kennzeichnung inklusive sicherheitstechnischer Überprüfung verantwortlich.

Der erste Schritt auf dem Weg zur sicheren Roboterapplikation ist das Erstellen einer Risikoanalyse gemäß EN ISO 12100. Die Herausforderung bei schutzzaunlosen Roboterapplikationen besteht darin, dass sich die Grenzen der beiden Arbeitsbereiche von Mensch und Maschine auflösen. Zusätzlich zu den Gefahren, die vom Roboter ausgehen, müssen die Bewegungen des Menschen berücksichtigt werden. Diese sind jedoch nicht immer kalkulierbar in puncto Geschwindigkeit, Reflexe oder plötzlicher Zutritt zusätzlicher Personen.

Auf Basis der Risikoanalyse ist ein Sicherheitskonzept zu erarbeiten, inklusive Auswahl der Komponenten, und die Systemintegration zu erstellen. Es folgt die Validierung, in der die vorangegangenen Schritte nochmals reflektiert werden. Hierfür sind unterschiedliche Methoden anzuwenden, darunter optische Kontrollen sowie praktische Tests und Messungen. Insgesamt muss der Systemintegrator über 200 Punkte validieren. Erst danach darf eine CE-Kennzeichnung angebracht werden.

Auswahl des Roboters und der Sicherheitskomponenten

Am Markt ist eine Vielzahl von Robotersystemen verfügbar, die für unterschiedliche Einsatzgebiete geeignet sind. Sie sind zwar die Ausgangsbasis einer sicheren Roboterapplikation, doch bedarf es immer einer sicherheitstechnischen Betrachtung der Applikation sowie gegebenenfalls zusätzlicher Komponenten und Systeme, um eine sichere MRK zu realisieren.

Um Arbeitsbereiche, in denen Mensch und Maschine kollaborieren, auch ohne trennende Schutzeinrichtungen sicher gestalten zu können, sind künftig deutlich intelligentere Sicherheitssysteme vonnöten. Diese können Teil der Robotersteuerung selbst sein, beispielsweise zur sicheren Berechnung der Bewegungen des Roboters oder zur Erkennung von Kollisionen inklusive der entsprechenden Reaktion. Um das Schutzziel zu erreichen, werden allerdings solche sicheren Motion-Funktionen nicht ausreichen. Es werden Kombinationen nötig sein, bestehend aus Nahfeldabsicherung (etwa taktile Sensoren oder Infrarot-Sensoren am Roboterarm), persönlicher Schutzausrüstung (Schutzbrille und -kleidung) sowie sicherer Sensorik für die Überwachung des Schutzraums.

Für dynamische Sicherheitskonzepte müssen diese Sensoren zu einer deutlich abgestuften Betrachtung von Ereignissen in der Lage sein. Sie sollten beispielsweise unterscheiden können, ob sich ein Mensch im potentiellen Aktionsraum einer gefährlichen Bewegung aufhält (Warnraum) oder bereits eine Zone mit erhöhter Sicherheitsanforderung betreten hat (Schutzraum). Diese Räume müssen sich dynamisch anpassen lassen und beispielsweise den Bewegungen der Maschine oder eines Roboters folgen. Das sichere 3D-Kamerasystem »SafetyEYE« von Pilz kann Warn- und Schutzräume dreidimensional sicher überwachen. Ein Verbund von Sensorik, Steuerung und Aktorik eröffnet neue Freiheitsgrade bei der Planung von dynamischen Prozessabläufen und von Arbeitsbereichen, in denen Mensch und Roboter sicher interagieren.

Die Sicherheit spielt bei Roboterapplikationen eine zentrale Rolle. In der Praxis erfordert jede Applikation eine eigene sicherheitstechnische Betrachtung. Letztlich ist die sichere MRK-Applikation das Ergebnis des Zusammenspiels normativer Rahmenbedingungen, einer darauf aufbauenden komplexen Risikoanalyse, der Auswahl eines Roboters mit den entsprechenden Sicherheitsfunktionen, der Auswahl der passenden, zusätzlichen Sicherheitskomponenten und schließlich der Validierung.

Jochen Vetter ist bei der Pilz GmbH & Co. KG zuständig für Customer Support.