Leuze Technologiereport: Dynamische Interaktionen sicher gemacht

Jun 18, 2023

Von Heather Hall | 26. Juli 2023

Matthias Bristle, Autor und Produktmanager Safety Solutions, Leuze

Beim automatisierten Materialtransfer zwischen Roboterzellen und fahrerlosen Transportfahrzeugen dürfen sich Personen nicht unbemerkt in den Gefahrenbereich begeben. Eine innovative Lösung von Leuze sichert die Übergabestationen durch dynamische Schutzfeldanpassung. Dadurch werden zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen wie Absperrungen und Zäune überflüssig.

Risikofreie Vollautomatisierung

In Smart Factorys erfolgt der Warenfluss vollständig automatisiert. Das bedeutet, dass Produktionsmaterialien in vorbereiteten Behältern in Bereitstellungsbereichen, auch Supermärkten genannt, bereitgestellt werden. Digitale Benachrichtigungen über benötigte Materialien erfolgen direkt aus der Produktion. Für die Versorgung der Roboterzellen mit den benötigten Teilen und die Abholung der bearbeiteten Bauteile werden fahrerlose Transportfahrzeuge (FTS) eingesetzt. Die automatisierten Prozesse an diesen Übergabestationen, an denen AGVs mit Roboterzellen interagieren, müssen sowohl risikofrei als auch effizient gestaltet sein. Dies lässt sich nur mit zuverlässigen Sicherheitslösungen realisieren: AGVs durchfahren die Gefahrenbereiche, ohne dass die Roboterzellen ihre Arbeit unterbrechen, und Menschen dürfen diese Bereiche zu keinem Zeitpunkt unbemerkt betreten. Deshalb haben die Sensor People von Leuze ein innovatives Sicherheitskonzept entwickelt, das auf solche Übergabestationen in smarten Produktionsumgebungen zugeschnitten ist. Der Ansatz basiert auf einer dynamischen Schutzfeldanpassung um das AGV während des Materialtransfers.

Systeme müssen zusammenarbeiten

Der automatisierte Materialtransfer zwischen AGV und Roboter erfordert eine umfassende Betrachtung der Sicherheitsfunktionen an den Übergabestationen. Dies umfasst die Einfahrt des AGV in die Station, das Erreichen der Übergabeposition und das Verlassen der Station. Die AGVs selbst werden durch ihre eingebaute Sensorik gesichert – zum Beispiel durch Sicherheits-Laserscanner. Und die Roboterzellen sind mit Sensoren ausgestattet, die erkennen, ob sich eine Person dem gefährlichen Arbeitsbereich nähert. Doch für den automatisierten Materialtransfer zwischen AGV und Roboter müssen die verschiedenen Steuerungseinheiten der am Prozess beteiligten Systeme (Roboterzelle, AGV und Materialflusssteuerung) miteinander kommunizieren können. Darüber hinaus müssen sie so aufeinander abgestimmt sein, dass Sicherheit und Zuverlässigkeit über den gesamten Zyklus hinweg gewährleistet sind. Dies kann nur durch eine enge Abstimmung zwischen den verschiedenen beteiligten Abteilungen realisiert werden. Neben (Fabrik-)Planern, Logistikleitern und Arbeitsschutzbeauftragten leistet auch die IT-Abteilung einen wesentlichen Beitrag zum Erfolg in dieser Phase.

Anforderungen an vollautomatisierte Überweisungen

Herkömmliche Ansätze arbeiten oft mit Lichtvorhängen, um den Zugang zum Transferbereich zwischen AGV und Roboterzelle zu sichern. Obwohl dies technisch machbar ist, sind die Möglichkeiten begrenzt: Die Anwesenheit von Personen im Transferbereich kann nicht automatisch überwacht werden. Um Menschen aus der Gefahrenzone fernzuhalten, erfordern diese klassischen Konzepte weitere Sicherheitsvorkehrungen – etwa mechanische Trennvorrichtungen wie Zäune und Absperrungen. Ein vollautomatischer, sicherer Transfer zwischen AGVs und Roboterzellen ohne physische Barrieren ist eine effizientere Lösung.

Allerdings muss das System in der Lage sein, Personen und AGVs zuverlässig zu unterscheiden. Für diesen Ansatz müssen folgende Voraussetzungen gegeben sein:

-Der Gefahrenbereich der AGV-Übergabestation muss während des gesamten Prozesses gesichert sein.-Definierte AGVs sollen den Arbeitsbereich axial (optional: auch radial) vollautomatisch durchfahren und verlassen können.-Personen oder andere Abweichungen von Die definierte FTS-Kontur muss immer erkannt werden und ein sicheres Stoppsignal auslösen.

AGV umgeben von Schutzfeldern

Die von Leuze entwickelte Lösung zur Absicherung von Roboter-/FTF-Übergabestationen gewährleistet zwei Sicherheitsfunktionen:

-Stoppen der gefährlichen Bewegung der Roboterzelle.-Dynamische Anpassung der Schutzfelder rund um das AGV

Um den gesamten Bereich der Übergabestation abzusichern, setzt Leuze Sicherheits-Laserscanner ein. Diese Scanner nutzen Schutzfelder, um den Zutritt und die Anwesenheit von Personen im Übergabebereich zu erkennen. In diesem Fall löst das System ein Stoppsignal aus. Parallel dazu wird stets die Position des AGV im überwachten Bereich erkannt. Damit das AGV selbst kein Stoppsignal auslöst, blendet das Sicherheitsprogramm seine Kontur aus dem gesicherten Bereich aus. Das Schutzfeld passt sich somit dynamisch um das fahrende FTF an. Dazu verschieben die Laserscanner schrittweise ihre vorkonfigurierten Schutzfelder. Dadurch kann das von Schutzfeldern „umschlossene“ AGV automatisch in die Station einfahren, das Material an der Parkposition übergeben und die Station anschließend wieder verlassen. Das Sicherheitsniveau bleibt während des gesamten Zyklus erhalten. Dies hat den Vorteil, dass die restliche Umgebung stets durch das verbleibende Schutzfeld abgedeckt ist und somit ein Rundumschutz gewährleistet ist. Grundsätzlich können nur die im System vorab definierten AGV-Konturen das Schutzfeld passieren. Um Manipulationen oder eine Fehlausrichtung des Scanners zu erkennen, nutzt Leuze die im Gerät integrierte Wasserwaagenfunktion sowie zusätzliche externe Referenzkonturen.

Axialer oder radialer Einstieg möglich

Für die Sicherheitslösung von Leuze werden nur wenige Komponenten benötigt, darunter zwei Sicherheits-Laserscanner RSL 400, die sich durch hervorragende Leistung, Robustheit und einfache Handhabung auszeichnen. Mit ihrer hohen Reichweite von 8,25 Metern können sie auch große Flächen überwachen. Abgerundet wird die Lösung durch ein Sicherheitsprogramm von Leuze und durch die Siemens-SIMATIC-S7-Systemsteuerung. Die optimale Positionierung des Laserscanners RSL 400 in der Anwendung hängt von verschiedenen Faktoren ab, die berücksichtigt werden müssen:

- Einsatzlayout und mögliche Verschattungen aufgrund der Konstruktion - FTS-Spezifikationen (z. B. Abmessungen) - Ein- und Ausstiegspositionen des FTS in das/aus dem Schutzfeld - Transportwege und Geschwindigkeit des FTS im Schutzfeld (axial und/oder radial). )

Abhängig davon kann eine diagonale oder lineare Positionierung der Laserscanner rund um das Schutzfeld vorzuziehen sein. In Sonderfällen (zum Beispiel bei Eckgrundrissen mit Verschattung durch Gebäude oder Zellstruktur) kann das System auch mit mehr als zwei Laserscannern betrieben werden.

Einfach umzusetzen

Für diese smarte Art der Absicherung müssen nur wenige Voraussetzungen erfüllt sein, etwa die Mindestbreite des FTS und die maximale Fahrgeschwindigkeit im Schutzfeld. Darüber hinaus sollte die Routengenauigkeit des AGV bei etwa 50 mm liegen. Darüber hinaus muss vor dem Gefahrenbereich ausreichend Platz zur Verfügung stehen

-das AGV im Raum manövrieren zu können und-ein ausreichend großes Scanner-Schutzfeld realisieren zu können (erforderlicher Mindestabstand zu Gefahren von allen Zugangsseiten).

Um eine Einfahrt oder Überquerung des FTS einzuleiten, muss das FTS-Leitsystem der Materialflusssteuerung seine Route vorab an die Sicherheitslösung melden. Abhängig von der Gefährdungsbeurteilung der Anwendung kann es im Falle einer Schutzfeldverletzung erforderlich sein, zusätzlich zum Stoppen der Roboterzelle auch das AGV zu stoppen. Dies setzt eine sichere Kommunikation zwischen der Zelle und dem AGV voraus.

Flexibilität beim Transportmaterial

Mit diesem Konzept zur Absicherung von Roboter-/FTF-Übergabestationen erhalten Anlagenbetreiber eine kostengünstige Lösung, die umfassende Sicherheit über den gesamten Zyklus hinweg bietet. Es erfüllt Performance Level d nach ISO 13849-1 und SILCL 2 nach IEC 62061. Dadurch können Unfallrisiken zuverlässig minimiert werden. Die Sicherheitslösung von Leuze arbeitet autonom, nachdem das AGV über das AGV-Leitsystem registriert wurde. Und es bietet maximale Flexibilität, ohne Einschränkungen beim Teiletransfer. Das Sicherheitssystem und die Schutzfelder richten sich nach der Kontur des FTS und nicht nach dem darauf transportierten Material. Selbst nach vorne oder an den Seiten hervorstehende Teile werden zuverlässig transportiert. Darüber hinaus macht die Integration mechanische Schutzmaßnahmen wie Zäune und Absperrungen überflüssig. Das spart wertvollen Platz in der Produktion.

Von der Risikobewertung bis zum Ergebnis

Wer dieses Konzept für sein automatisiertes System umsetzen möchte, braucht einen erfahrenen Partner an seiner Seite. Wichtig hierbei ist, dass der gesamte Prozess durch den Anbieter des Sicherheitssystems begleitet wird. Auf diese Weise kann eine maßgeschneiderte Lösung erarbeitet und umgesetzt werden. Der erste Schritt ist die Risikobewertung: Die Gefahren (im Roboterbereich) müssen klar definiert werden. Außerdem muss bekannt sein, wie schnell die Roboterzelle stoppt. Auf dieser Grundlage können die Größe des Schutzfeldes und der Zeitpunkt der Maßnahmen festgelegt werden. Für diese Schritte sind die Sensor People von Leuze der richtige Ansprechpartner. Sie beurteilen die Situation vor Ort, ermitteln die Anforderungen und entwickeln ein Sicherheitskonzept. Nach der Installation der Komponenten unterstützt Leuze mit der entsprechenden Dokumentation sowie bei der Sensorparametrierung und -inbetriebnahme. Zum Leistungsangebot gehört auch eine abschließende Validierung des Antrags. Und schließlich sorgt die CE-Konformität für Rechtssicherheit. Dadurch können Unternehmen kompromisslos von den Vorteilen innovativer Materiallogistiksysteme profitieren.