Sicheres Verpacken und Palettieren mit Robotern und Cobots

Es ist vor allem die Flexibilität, die für den Einsatz von Robotern bei der Verpackung und insbesondere bei der Palettierung spricht. Gebindegrößen und Packmuster können bei Bedarf angepasst werden, ohne dass die Hardware der Maschine verändert werden muss. In Kombination mit Bildverarbeitung ist sogar eine flexible Zuführung der zu verpackenden oder zu palettierenden Güter möglich. Und wenn für diese Aufgabe ein Cobot zum Einsatz kommt, dann kann der Anwender das Beste aus zwei Welten nutzen: die Leistungskraft und das ermüdungsfreie Arbeiten des Roboters mit der Intelligenz, Anpassungsfähigkeit und Umsicht des Bedieners.

Bei der Gestaltung der Schutzeinrichtungen stellt sich grundsätzlich die Frage: Schutzzaun oder berührungslos wirkende Schutzeinrichtung (BWS)? Ist eine hohe Produktivität mit hohen Taktzahlen gefordert, fällt die Wahl meist auf Schutzzäune, die den Roboter vollständig umhausen, um so einen störungsfreien Betrieb zu ermöglichen. Vieles spricht hier für ganzheitliche Mensch-Maschine-Schnittstellen, die dem Bediener auch direkt an der Schutztür die nötigen Informationen bereitstellen wie etwa eine Sicherheitszuhaltung AZM201 in Kombination mit einem Bedienfeld BDF200. Auch eingeschränkte Platzverhältnisse lassen nicht immer den Einsatz von berührungslos wirkenden Schutzvorrichtungen wie etwa BWS zu, da ein größerer Sicherheitsabstand benötigt wird.

Doch wenn Roboter flexibel zum Einsatz kommen sollen oder sogar mit dem Menschen kooperieren, sind Schutzzäune hinderlich. Deshalb kommen in diesen Fällen berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen zur Anwendung. Optoelektronische Schutzeinrichtungen – sprich Sicherheitslichtvorhänge und mehrstrahlige Sicherheitslichtschranken – bieten größere Flexibilität und bei kluger Konstruktion auch Platzersparnis.

Darüber hinaus bieten sie die Möglichkeit, Mutinglösungen zur Mensch-Material-Unterscheidung zu realisieren. Dann können beispielsweise Packstücke in den Gefahrenbereich der Palettieranlage beziehungsweise aus ihr heraus gefördert werden und zugleich wird erkannt, ob eine Person den Gefahrenbereich betritt oder in ihn hineingreift. In diesem Fall wird die Anlage sofort gestoppt.

Neue – und komplexe – Anforderungen sind zu berücksichtigen, wenn ein kollaborativer Roboter den Bediener beim Palettieren (oder auch Verpacken) unterstützt. Dann ist zwar keine trennende oder berührungslos wirkende Schutzeinrichtung zwischen Roboter und Bediener nötig. Aber gemäß der bekannten „Normenpyramide“ aus Typ A-, B- und C-Normen muss das Robotersystem sicherheitstechnisch bewertet werden.

Dabei sind, wie bei jeder Roboteranwendung, zunächst zwei Fachnormen (Typ C-Normen) der Reihe EN ISO 10218 „Industrieroboter – Sicherheitsanforderungen“ relevant: Teil 1 („Roboter“) und Teil 2 („Robotersysteme und Integration“). Für den Integrator ist Teil 2 von besonderem Interesse, weil er spezifische Sicherheitsanforderungen an die Integration des Robotersystems stellt.

Diese beiden Fachnormen wurden im Jahr 2016 ergänzt durch die technische Spezifikation ISO/TS 15066 „Roboter und Robotikgeräte – kollaborierende Roboter“. Die darin enthaltenen Anforderungen können hier aus Platzgründen nicht wiedergegeben werden. Sie geben aber umfassende Hilfestellung bei der Konstruktion von sicheren Cobot-Arbeitsplätzen in der Verpackung und Palettierung. Zu beachten ist, dass es sich bei einem Roboter um eine unvollständige Maschine handelt und der Integrator für die CE-Kennzeichnung verantwortlich ist. Wird ein Cobot ohne Kennzeichnung eingesetzt, ist das rechtlich eine Ordnungswidrigkeit, die mit einem Bußgeld geahndet werden kann.

Cobots besitzen eine sichere Steuerung und können gewisse Aufgaben der Sicherheitstechnik übernehmen. Die Sicherheitssteuerungen von Schmersal dienen als Ergänzung, wenn komplexere Logiken benötigt werden. Eine solche Steuerung steht im Schmersal-Programm mit der Protect PSC1 zur Verfügung. Ihre Logik kann an den jeweiligen Anwendungsfall – auch an die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) – angepasst werden.

Das Tecnicum, die Dienstleistungssparte der Schmersal Gruppe, bietet Seminare zum Thema Mensch-Roboter-Kollaboration an, die das Normenwerk und seine Umsetzung praxisgerecht erläutern. Darüber hinaus unterstützen die Functional Safety Engineers die Hersteller, Integratoren und Anwender bei der Umsetzung des gesamten Konformitätsbewertungsverfahrens von Cobots, von der Risikobeurteilung bis zur abschließenden Verifizierung und Validierung.

In vielen Verpackungsanlagen stellen Magazine (für Kartonagen, Behälter, Zwischenlagen) ein potenzielles Risiko dar, weil der Bediener gegebenenfalls in den Gefahrenbereich hineingreifen kann, wenn die Magazine leer beziehungsweise nur noch wenig gefüllt sind. Um dieses Risiko auszuschließen, hat Schmersal speziell für Verpackungsmaschinen eine sichere Reststapelüberwachung entwickelt.

Auf Basis dieser Lösung überwachen die Sicherheits-Kompaktsteuerung Protect Select und zwei Optosensoren einen Kartonagenstapel im Magazin. Sobald das Material so weit zuneige geht, dass ein Zugang zur Gefahrenstelle möglich ist, wird die Maschine (beziehungsweise die gefahrbringende Bewegung) abgeschaltet.