28.01.2010 | Autor / Redakteur: Lars Schmitt und Jörg Spiegelhalter / Monika Zwettler
Ein Kamerasystem wirkt als berührungslose Schutzeinrichtung und überwacht den Handlingbereich von Dosier- und Klebetechnikanlagen, wenn der Bediener in den Prozess eingreifen muss. Es wird barrierefrei in den Ecken des Stahl- oder Nutenprofil-Rahmens einer Anlage angebracht.
Für automatische und halbautomatische Test-, Prüf-, Bearbeitungs- und Montageautomaten, in die Personen während des Prozesses oder im Rahmen einer Notstrategie eingreifen müssen, wird eine Absicherung nach Sicherheitskategorie 3 beziehungsweise Performance Level (PL) d nach ISO 13849 oder SIL 2 nach IEC 61508 gefordert.
Für diese Anwendungen hat der Sensorhersteller Sick das Kamerasystem V300 WS (Bild 1) entwickelt, das ein neuartiges Konzept einer berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung darstellt: Sender und Empfänger des Sensors sind in einem einzigen Gerät integriert. Aus Mangel an Alternativen mussten bislang für solche Applikationen Lichtvorhänge der nächsthöheren Sicherheitseinstufungen (Kat 4, PL e, SIL 3) verwendet werden.
Im Einsatz ist das 1-Gehäuse-Konzept mit integriertem Bildverarbeitungssensor beispielsweise bei der Do-Bo-Tech AG (Dosing & Bonding Technologies) in Schechen, Systemlieferant für Komplettlösungen der Dosier-, Klebe- und Dichtungstechnik. Zu den Kunden zählen fast alle namhaften Automobilkonzerne sowie Zulieferunternehmen für Lenk- und Getriebesystemen, aber auch Hersteller von Solartechnik oder von Lichtsystemen für den kommunalen und industriellen Einsatz.
Ausgangspunkt eines Projektes ist in der Regel, dass Feststoffdichtungen durch Klebedichtungen ersetzt werden sollen oder dass vorhandene Klebelösungen auf neue Werkstoffe oder Prozesse zu adaptieren sind. Das Unternehmen entwickelt anhand von Prototypen zunächst die ideale Klebelösung, zum Beispiel mit einem minimierten Reibbeiwert als Klebe- und Dichtmittel bei der Montage von Magnesiumkomponenten. Danach folgt die prozessgerechte Umsetzung in geeignete Auftragssysteme einschließlich der förder-, handhabungs- und steuerungstechnischen Einbindung in die Anlage des Endkunden.
Dadurch hat der Maschinenbauer beziehungsweise der Endanwender für alle Bereiche, das heißt für die Kleberspezifikation, für Planung und Engineering der Auftragslösung, für den Maschinenbau, die Integration und Inbetriebnahme nur einen Ansprechpartner. Qualität und Schnittstellenminimierung sind damit auch in der Sicherheitstechnik die Richtschnur der Systemauswahl. Als Sick, langjähriger Lieferant von Sicherheits-Lichtgittern, dem Unternehmen den Kamerasensor vorstellte, stieß das Gerät bei Technikern wie Einkäufern auf großes Interesse.
Es handelt sich dabei um eine auf Bildverarbeitung basierende, berührungslos wirkende Schutzeinrichtung. Sender und Empfänger des Sensors sind in einem einzigen Gehäuse integriert – ebenso die Zusatzfunktionen Reset und EDM (Electronic Device Monitoring zur Schutzkontrolle). Die kompakte, dreieckige Bauform ermöglicht die Montage mit nur zwei Schrauben im Eckbereich eines Stahl- oder Nutenprofil-Rahmens einer Arbeitsstation (Bild 2), also an einer Stelle, an der der Sensor weitgehend vor Stößen oder Dejustagen geschützt ist. Auf den gegenüberliegenden Seiten des Installationsortes wird ein Reflektorband angebracht (Bild 3).
Das Kamerasystem hat eine große Apertur, erkennt mit seinen Blickwinkel von 110° automatisch die gesamte Länge und Breite der Reflektorfläche und richtet das 20-mm-auflösende Überwachungsfeld danach aus. So werden nicht überwachte Bereiche minimiert, auf die Verwendung zusätzlicher Schutzmaßnahmen wie mechanische Blenden kann verzichtet werden. Ist dennoch eine vollkommen blindzonenfreie Überwachung erforderlich, kann das Gerät direkt auf den Maschinenrahmen montiert werden.
Bei der Installation musste man sich bei Do-Bo-Tech erst einmal von den Gewohnheiten der Lichtgitter-Montage lösen: Sender und Empfänger müssen nicht mehr präzise in einer optischen Achse zueinander ausgerichtet werden, denn das Reflektorband wird vom Kamerasensor in einem Bereich von bis zu ±12 cm zur optischen Achse erkannt.
So genügt bei der Installation das Augenmaß. Das zeitaufwändige Ausrichten von Sender und Empfänger bei der Erstinstallation oder Neujustage entfällt völlig. Werden Dosier- oder Kleberauftragsstationen mit unterschiedlich großen Eingriffsfenstern konstruiert oder müssen deren Maße aufgrund von Randbedingungen am Aufstellungsort modifiziert werden, ist das Kamerasystem per Knopfdruck darauf einstellbar.
Was das Kamerasystem für das Unternehmen ebenfalls interessant macht ist die Möglichkeit, ein und denselben Sensor für alle Öffnungen mit Höhen bis 1 m, einer Diagonal-Reichweite bis 1,41 m und einem maximalen Seitenverhältnis von 2:1, beispielsweise 400 mm hoch und 800 mm breit, einzusetzen. Für den Einkauf und die Lagerhaltung ist das ideal: Es wird nur ein Gerät bestellt und nur eine Materialnummer verwaltet. Höhen- und auflösungsindividuelle Geräteversionen gibt es nicht. Sowohl bei der Erstmontage wie auch bei Nachrüstungen werden Typenverwechselungen vermieden.
Gilt es, größere Felder zu überwachen, können zwei identische Systeme nebeneinander eingesetzt und so die maximale Fenstergröße verdoppelt werden. Mit dem für die Doppelmontage-Variante erforderlichen Synchronisationseingang ist das Kamerasystem bereits ausgestattet. Weil sich Sender und Empfänger im selben Gehäuse befinden, muss zudem nur noch ein einheitliches Anschlusskabel beschafft, vorgehalten und installiert werden.
Eine der ersten Anwendungen des Systems bei Do-Bo-Tech war die Absicherung automatischer Inline-Systeme für den Auftrag von Kleberaupen auf Aluminium-Motorblöcke. Dabei handelt es sich um CNC-gesteuerte Inline-Systeme, die Silikonraupen lückenlos dosiert und positioniert aufbringen. Je nach Produktionsstückzahl einzelner Motorentypen liegen die Taktraten der Maschinen bei nur etwa 20 Sekunden; daher müssen für die automatischen Anlagen entsprechende Notstrategien in Form einer Handarbeitslösung vorgesehen sein.
Erfolgt der Auftrag nicht einwandfrei, muss ein Maschinenbediener die Silikonraupe mit einer Klebepistole per Hand auftragen, wobei er zwangsläufig in den gefahrbringenden Bereich der Auftragsstation eingreift. Das Kamerasystem erkennt die Hand des Maschinenbedieners und stellt sicher, dass die im Notbetrieb abgeschaltete CNC-Dosierachse nicht plötzlich anfährt, während der Mitarbeiter mit seiner Klebepistole am Motorblock arbeitet.
Bei diesen Anlagen ist das Kamerasystem in der rechten oberen Ecke des Maschinenrahmens montiert, es kann aber auch in einer unteren Ecke platziert werden – also immer da, wo der Sensor den Bediener am wenigsten stört oder das Reflektorband der geringsten Gefahr einer Verschmutzung ausgesetzt ist. Für den Fall, dass das Reflektorband beschädigt wird oder durch Klebstoffreste verschmutzt sein sollte, stehen Prüfroutinen zur Verfügung, die eine schnelle Fehlerbehebung sicherstellen.
Um eine höchstmögliche Sicherheit und Verfügbarkeit zu gewährleisten, muss dem Kamerasystem bei der Inbetriebnahme außer der Positionserkennung des Reflektorbandes auch gleichzeitig dessen Reflektivitätsgrad eingelernt werden. Im Betrieb überwacht das Kamerasystem permanent das Reflektorband und erkennt durch abgeschwächte oder fehlende Reflexionen starke Verschmutzungen und größere Lücken wie beispielsweise zerstörte Reflektorbereiche oder auf dem Band abgelegte Gegenstände.
Wird eine Störung gemeldet, kann diese über die Diagnose-Anzeige geortet werden, denn jede der vier Anzeigen überwacht ein anderes Segment innerhalb des 110°-Blickwinkels. Störungen durch Verschmutzungen lassen sich durch Abwischen des Reflektorbandes beseitigen, bei Beschädigungen wird das Band einfach und schnell ausgetauscht. In jedem Fall wird die Stillstandszeit der Arbeitsstation minimiert, weil die Störungsbehebung innerhalb kürzester Zeit und ohne Expertenwissen möglich ist.
Die Applikationsmöglichkeiten an den unterschiedlich dimensionierten Dosier- und Klebesystemen zeigen, wie das Optik- und Sensorkonzept neue Möglichkeiten zur Installation und Integration von Sicherheits- in Maschinentechnik eröffnet. Die Eck-Lösung steht aber nicht nur für die von Lichtvorhängen nicht abgedeckten Sicherheitskategorien 3 beziehungsweise PL d und SIL 2 zur Verfügung; sie ist auch als V200 WS für Anwendungen lieferbar, in denen Kategorie 2 beziehungsweise PL c und SIL 1 ausreichen.
Für beide Kamerasensoren gilt, dass Anwender bedingt durch das System-, Montage und Anschlusskonzept bedienfreundliche und barrierefreie Überwachungslösungen bei verschiedenen Schutzfeldgrößen realisieren können. So profitiert auch das Bestellwesen und die Lagerhaltung von der neuartigen Absicherungslösung. Zudem ist das Kamera-system jetzt auch in der Version V300 WS Extended mit erweiterten Leistungsmerkmalen erhältlich.
Das Reflektorband wird vom Kamerasensor in einem Bereich von bis zu ±24 cm zur optischen Achse erkannt. Auch eignet sich das System jetzt für Schutzfeldhöhen beziehungsweise -längen bis 1,5 m und für Diagonalen bis 2,12 m.
Dipl.-Ing. (FH) Lars Schmitt ist Verkaufsaußendienst-Mitarbeiter der Sick Vertriebs-GmbH in 40549 Düsseldorf.
Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 334478)
