DER KONSTRUKTEUR 4/2018

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
ULTRASCHALL MACHT
LEICHTBAUROBOTER
SAFE
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Die Sensorik auf Ultraschallbasis findet
ein weites Anwendungsfeld in der
Automatisierungstechnik und jetzt auch in der
Sicherheitstechnik. In der Anwendung an einem
Leichtbauroboter für die Aggregatmontage
ermöglicht sie die sichere und effiziente
Mensch-Roboter-Kollaboration.
Die effiziente und sichere Zusammenarbeit von Mensch
und Roboter wird möglich durch die Entwicklung des
fehlersicheren Ultraschall-Safety-Sensors von Mayser. Er
ist laut Hersteller als einziger Ultraschallsensor weltweit
nach ISO 13849-1:2015 Kategorie 3 PL d für den Personenschutz
zugelassen. Nun wurde gemeinsam mit Thyssenkrupp System Engineering
ein Leichtbauroboter mit dem sicheren Ultraschall ausgerüstet.
Er schützt den Menschen in der Kollaboration mit dem
Roboter zuverlässig vor dem Effektor.
MENSCH-ROBOTER-KOLLABORATION
Ein wichtiges Hilfsmittel für die automatischen bzw. halbautomatischen
Prozesse in der Fließbandmontage sind seit etwa 40 Jahren
neben der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) die Industrieroboter.
Eine vollständige Automatisierung der Montage ist aber
– auch heute noch – nicht immer sinnvoll oder möglich.
Mayser und Thyssenkrupp System Engineering haben es sich
daher zur Aufgabe gemacht, Lösungen für die Mensch-Roboter-
Kollaboration zu entwickeln, bei denen die Stärken des Menschen
und die Stärken des Roboters vereint werden.
Mit Leichtbaurobotern ist es möglich, typische Handarbeitsplätze
mit Robotik auszurüsten. Dabei muss auch die Kollaborationsfähigkeit
der Peripherie, zum Beispiel des Effektors, den Ansprüchen einer
sicheren Mensch-Roboter-Kollaboration genügen. Da in der Regel
kein Einfluss auf die Werkzeuggeometrie und das Bauteil genommen
werden kann, besteht ein Lösungsansatz darin, das Werkzeug mittels
einer virtuellen Schutzhülle in Form eines Sensorfelds abzusichern.
Dieser Weg wurde mit dem Ultraschall Safety von Mayser realisiert.
DEZENTRAL ANGEORDNETE WANDLER
Die Ultraschallsensorik erkennt sowohl Menschen als auch Objekte,
berührungslos und unbeeinflusst von Schmutz, Fremdschall, Luftströmungen
und Feuchtigkeit. Das besondere Merkmal des Ultraschallsystems
von Mayser sind die sehr kleinen Ultraschallwandler,
die flexibel und geometrisch unabhängig von der Elektronik
positioniert und damit direkt auf dem Roboterarm oder Greifer
platziert werden können.
Die Sensoren messen in einem elliptischen Schallfeld und
erfassen selbst kleinste Objekte. Zudem ermöglicht eine Teach-
In-Funktion das Einlernen der kompletten Messumgebung als
Standardumgebung. Dadurch reagiert das System nur auf Abweichungen
vom Sollzustand.
Die Wandler des Ultraschall Safety bauen jeweils ein Schallfeld
um den Effektor auf, das in einen Warn- und einen Schutzbereich
aufgeteilt ist. Die Messdistanz im Warnfeld beträgt maximal 250 cm.
Dringt der Roboter in das Warnfeld ein, wird er antriebsschonend
abgebremst. Wird eine Person im Schutzfeld detektiert, das eine
maximale Messdistanz von 200 cm hat, stoppt der Roboter – eine
Kollision mit der Person wird verhindert. Nähert sich der Endeffektor
dem Werkstück, kehrt der Roboter zur sicheren Geschwindigkeit
zurück und das Schutzfeld wird deaktiviert.
Dies ermöglicht dem Roboter, bei einer drohenden Kollision mit
einer Person rechtzeitig zu stoppen, ohne die zulässigen Kräfte und
Drücke zu überschreiten. Bereits ein Wandler erfüllt durch die
Schutzfelder die Kriterien für die Zulassung nach ISO 13849-1:2015
Kategorie 3 PL d für den Personenschutz.
Der Leichtbauroboter für die Montage bei Thyssenkrupp wurde mit
vier Wandlern ausgestattet, da dies die Geometrie des Effektors erforderte.
Die Parametrisierung der Ultraschallsensoren erfolgt über
ein grafisches Interface, das auf einem Rechner installiert werden
kann. Der Anschluss des Ultraschall Safety erfolgt dabei über USB.
www.mayser.com
68 DER KONSTRUKTEUR 4/2018