Leuze: automatisierte Intralogistik Sensoren sichern internen Materialfluss

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Für einen sicheren innerbetrieblichen Transport hat Leuze unterschiedliche Sensorsysteme entwickelt. Mit ihnen lassen sich Kommissioniersysteme vollständig automatisiert betrieben. Auch Übergabestationen für Roboterzellen und FTS arbeiten mit Sensorik von Leuze rundum sicher.

Der Sensorexperte Leuze nimmt als Global Player in den Bereichen Fertigung, Logistik und Service eine führende Position ein. Das Unternehmen konzentriert seine Innovationen aktuell auf Sensorik und Sicherheitssysteme für die Intralogistik. Dazu gehört die Automation einer umfassenden Shuttle-Anlage. Sensoren sorgen dafür, dass sie eine grosse Vielfalt an Behältern unterschiedlicher Abmessungen sowie instabile Schüttverpackungen sicher handhaben, bewegen und positionieren kann. Das jüngst entwickelte Sicherheitssystem für Übergabestationen befähigt Produktionsunternehmen den innerbetrieblichen Materialfluss zwischen fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und Roboterzellen sicher und zuverlässig vollständig zu automatisieren.

Sicher für Personal und Umgebung

Bei automatisierten innerbetrieblichen Transportsystemen dürfen Personen nicht unbemerkt in den Gefährdungsbereich gelangen. Als Innovation stellt Leuze nun eine dynamische Schutzfeldanpassung für Übergabestationen zur Verfügung. Das erübrigt zusätzliche Schutzmassnahmen, beispielsweise Umhausungen mit Gittern oder Schutzzäunen. Allein mit solchen Systemen lassen sich Smart Factories mit ihren vollständig automatisierten Abläufen verwirklichen. Das betrifft auch den internen Warenfluss. Material für die Produktion wird in vorbereiteten Containern auf Bereitstellungsflächen zur Verfügung gestellt. Arbeitsstationen und Maschinen melden ihre Bedarfe digital. Um beispielsweise Robotermontage- und -bearbeitungszellen mit den erforderlichen Werkstücken und Werkzeugen zu versorgen, bewegen sich in den Produktionshallen fahrerlose Transportsysteme (FTS) völlig autonom. Die automatisierten Abläufe an deren Übergabestationen müssen gefahrlos und zugleich effizient gestaltet werden. Das gelingt nur mit zuverlässigen Sicherheitssystemen. Dafür haben die Sensorexperten von Leuze ein innovatives Sicherheitskonzept entwickelt. Es basiert auf einer dynamischen Anpassung des Schutzfelds rund um das FTS bei der Übergabe.

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Konzepte für Sicherheit abstimmen

Bei einer automatisierten Übergabe zwischen FTS und Roboterzelle müssen die unterschiedlichen Steuerungseinheiten der am Prozess beteiligten Systeme (Roboterzelle, FTS und Materialflusssteuerung) miteinander kommunizieren. Dabei sind sie so aufeinander abzustimmen, dass Sicherheit und Zuverlässigkeit über den gesamten Zyklus hinweg gewährleistet sind. Das gelingt nur über eine enge Abstimmung mit den beteiligten Fachabteilungen. Neben den (Werks-)Planern, Logistikverantwortlichen und Beauftragten für Arbeitssicherheit trägt auch die IT-Abteilung wesentlich zum Erfolg bei.

FTS und Personen unterscheiden

Traditionelle Ansätze arbeiten vielfach mit Lichtvorhängen, um den Zugang zum Übergabebereich zwischen FTS und Roboterzelle abzusichern. Das ist zwar technisch machbar, in den Möglichkeiten jedoch begrenzt. Die Anwesenheit von Personen innerhalb des Übergabebereichs lässt sich nicht automatisiert überwachen. Um Personen vom Gefahrenbereich zu trennen, sind bei diesen klassischen Konzepten weitere Schutzvorkehrungen erforderlich – etwa mechanisch trennende Elemente wie Zäune oder Gitter. Effizienter ist eine vollautomatisierte, sichere Übergabe zwischen FTS und Roboterzellen ohne physische Barrieren. Zwischen Personen und FTS muss dabei zuverlässig unterschieden werden. Dabei sind drei wesentliche Forderungen zu berücksichtigen.

• Der Gefahrenbereich der FTS-Übergabestation muss während des gesamten Prozesses abgesichert sein.

• Festgelegte FTS sollen den Arbeitsbereich axial (optional auch radial) vollautomatisch befahren und verlassen können.

• Personen beziehungsweise Abweichungen von der festgelegten FTS-Kontur müssen jederzeit erkannt werden und ein sicheres Haltesignal auslösen.

Schutzfelder rund ums FTS

Das von Leuze entwickelte System zur Sicherung von Übergabestationen gewährleistet zwei wesentliche Sicherheitsfunktionen.

• Gefährliche Bewegungen der Roboterzelle werden situationsgerecht unterbrochen.

• Die Sicherheitsfelder rund um das FTS werden dynamisch angepasst.

Der gesamte Bereich der Übergabestation wird mit Laserscannern gesichert. Diese erkennen über Schutzfelder den Zugang und die Anwesenheit von Personen im Übergabebereich. Bei einem unerwarteten Zutritt unterbricht das System sämtliche Bewegungen von FTS und Robotern. Parallel erkennt das System jegliche Positionen des FTS im Überwachungsbereich. Damit das FTS selbst kein Haltesignal verursacht, blendet das Sicherheitsprogramm dessen Umriss aus dem gesicherten Bereich aus. Das Schutzfeld passt sich also dynamisch um das sich bewegende FTS an. Dazu schalten die Laserscanner ihre vorkonfigurierten Schutzfelder schrittweise um. Das von Schutzfeldern umgebene FTS kann dadurch automatisiert in die Station einfahren, an der Parkposition das Material übergeben und anschliessend die Station wieder verlassen. Das Sicherheitsniveau bleibt im gesamten Übergabezyklus erhalten. Besonderer Vorteil ist, dass die weitere Umgebung über das verbleibende Schutzfeld jederzeit überwacht wird. Grundsätzlich ist es nur den im System vorab festgelegten FTS-Konturen möglich, das Schutzfeld zu passieren. Um Manipulationen oder Scannerdejustage zu erkennen, werden im Gerät integrierte Wasserwaagen-Funktion und zusätzlich externe Referenzkonturen eingesetzt.

Axial oder radial einfahren

Das Sicherheitssystem erfordert nur wenige Komponenten. Dazu gehören zwei Sicherheitslaserscanner der Baureihe RSL 400. Sie zeichnen sich durch Leistungsfähigkeit, Robustheit und einfache Handhabung aus. Mit 8 250 mm Reichweite überwachen sie selbst grosse Bereiche. Zudem überwacht und koordiniert ein spezielles Sicherheitsprogramm in Verbindung mit der Systemsteuerung Siemens Simatic S7 die Funktionen des Sicherheitssystems. Die optimale Positionierung der Laserscanner hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. Zu berücksichtigen sind:

• Applikationslayout und eventuell konstruktive Abschattungen

• FTS-Spezifikationen (beispielsweise Dimensionen)

• Ein- und Ausfahrtpositionen der FTS in den Schutzfeldbereich

• Fahrwege und Geschwindigkeit der FTS im Schutzfeld (axial, radial beziehungsweise variabel)

Abhängig davon eignet sich vorzugsweise eine diagonale oder lineare Positionierung der Laserscanner um das Schutzfeld herum. In besonderen Fällen (etwa über Eck-Layouts mit Abschattungen durch die Gebäude- oder Zellenstruktur) lässt sich der Systemverbund auch mit mehr als zwei Laserscannern betreiben.

Einfach zu verwirklichen

Für diese Absicherung sind nur wenige Vorgaben zu beachten, beispielsweise die Mindestbreite des FTS und die maximale Fahrgeschwindigkeit im Schutzfeld. Zudem sollten die FTS ihre Bewegungsroute auf etwa 50 mm genau einhalten. Vor dem Gefährdungsbereich muss eine ausreichend grosse Fläche vorhanden sein, um das FTS darin bewegen zu können und um ein ausreichend grosses Scannerschutzfeld (erforderlicher Mindestabstand zur Gefährdung von allen Zugangsseiten) verwirklichen zu können.

Um eine Ein- oder Durchfahrt des FTS einzuleiten, muss das FTS-Leitsystem der Materialflusssteuerung dessen Route zuvor an der Safety Solution anmelden. Je nach Risikobeurteilung der Applikation kann es erforderlich sein, ergänzend zum Unterbrechen sämtlicher Bewegungen in der Roboterzelle, auch das FTS bei einer Schutzfeldverletzung anzuhalten. Dies setzt eine sichere Kommunikation der Zelle mit dem FTS voraus.

Flexibel für unterschiedliches Transportgut

Beim Sicherheitssystem von Leuze gibt es keine Einschränkungen beim Transport unterschiedlicher Güter. Das Sicherheitssystem und die Schutzfelder orientieren sich am Umriss des FTS und nicht am darauf befindlichen transportierten Material. Selbst vorne oder seitlich überstehende Bauteile werden zuverlässig transportiert. Zudem erübrigt die Integration mechanische Absicherungen, wie Zäune oder Gitter. Das minimiert erforderliche Grundflächen.

Sicher nach aktuellem Stand der Technik

Die Safety Solution von Leuze arbeitet nach der Anmeldung des FTS durch das FTS-Leitsystem autark. Anlagenbetreibern steht damit ein effizientes und wirtschaftliches System zur Sicherung von Übergabestationen zur Verfügung. Es verwirklicht lückenlose Sicherheit im gesamten Zyklus. Es erfüllt Performance Level d nach ISO 13849-1 und SILCL 2 nach IEC 62061. Unfallrisiken lassen sich zuverlässig minimieren. Abgestimmt auf individuelle Situationen und Umgebungen erstellen die Experten des Sensorherstellers gemeinsam mit Anlagenbetreibern das jeweils optimale Konzept, um maximale Sicherheit rundum zu gewährleisten. (kmu)

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