Pilz PROBms: Kräftemessen auf der Intertool

Ing. Bernhard Buchinger, CMSE®, Senior Manager Consulting Services bei Pilz.

Ing. Bernhard Buchinger
CMSE®, Senior Manager Consulting Services bei Pilz

„Ziel ist es ja, eine MRK-Applikation sicher zu gestalten – und die Beschäftigung mit Sicherheitsfragen ist seit jeher unser Metier. Wir kennen die normativen und gesetzlichen Anforderungen sehr genau und können mit einem extrem tiefen Know-how an die ganze Sache herangehen. “

Herr Buchinger, klar, steht Pilz seit jeher für „Sichere Automation“ – trotzdem möchte ich Sie fragen: Was macht die Firma Pilz zum Sicherheitsexperten beim Thema MRK?

Die Herangehensweise an dieses Thema. Ziel ist es ja, eine MRK-Applikation sicher zu gestalten – und die Beschäftigung mit Sicherheitsfragen ist seit jeher unser Metier. Wir haben jahrzehntelange Erfahrung auf diesem Gebiet und verfügen auch über entsprechende Background-Informationen, da wir das Thema Maschinensicherheit sogar aktiv mitgestalten in mehreren Normungsgremien.

Das heißt: Wir kennen die normativen und gesetzlichen Anforderungen sehr genau und können mit einem extrem tiefen Know-how an die ganze Sache herangehen. Wir haben uns in unserer Forschung und Entwicklung eingehend mit kollaborativen Robotern beschäftigt, zahlreiche Tests durchgeführt und den mittlerweile am Markt verfügbaren Modellen wirklich auf den Zahn gefühlt. Somit können wir unseren Kunden von der ersten MRK-Idee an über die Risikobeurteilung und das Sicherheitsdesign bis zur CE-Kennzeichnung ein kompetenter Ansprechpartner, Berater und Begleiter sein. Gestartet wird allerdings immer mit einer Machbarkeitsstudie, wo wir die Umsetzbarkeit der Kundenidee anhand der wichtigsten Kriterien überprüfen und mögliche Herausforderungen oder sogar K.O-Kriterien bei der Umsetzbarkeit schon im Voraus aufdecken, um von Beginn an entsprechend gegensteuern zu können. Ist bereits ein mechanischer Testaufbau vorhanden, können wir gleich erste Probemessungen von Kraft und Druck durchführen.

MRK ist nicht gleich MRK: Jede Roboter-Applikation ist sicherheitstechnisch individuell zu betrachten.

Was sind die wichtigsten Fragen, die man sich als Unternehmen stellen sollte, wenn man mit einer MRK-Anwendung liebäugelt?

Teilweise ist es so, dass Roboter und Applikation nach eher wirtschaftlichen anstatt technischen Aspekten ausgewählt werden. Tatsächlich sind es aber die technischen Fragen, die unbedingt zu klären sind: Welche Arbeitsschritte sollen im Rahmen einer MRK-Anwendung erledigt werden? Wie sieht das Setting aus? Was könnten etwaige Knackpunkte bei der Realisierung sein? Gibt es irgendwelche Quetschstellen, wo der Roboter dagegen fahren kann, die aber produktionsbedingt vielleicht gar nicht unbedingt notwendig sind? Wie sieht die Bewegung des Roboters aus? Ist es überhaupt möglich, die durch die ISO/TS 15066 definierten biomechanischen Grenzwerte einzuhalten bei der geplanten Lösung? Und, und, und. Da gilt es einiges zu beachten.

Mit dem Kraft- und Druckmesssystem PROBms bietet Pilz auf Mietbasis ein Komplettpaket für die Validierung von Mensch-Roboter-Kollaborationen (MRK) gemäß ISO/TS 15066 an.

Sie sprachen von biomechanischen Grenzwerten – wie lassen sich diese messen?

Mit unserem Kraft- und Druckmesssystem PROBms beispielsweise. Dieses eignet sich nicht nur für Testmessungen an einem Versuchsaufbau, sondern auch für die Validierung von Mensch-Roboter-Kollaborationen gemäß ISO/TS 15066. Neben dem eigentlichen Messgerät PROBmdf sind entsprechende Druckmessfolien, ein Scanner, neun Federn mit unterschiedlichen Federkraftkonstanten, Mess-Pads sowie die Software für Bedienung des Messgeräts bzw. für die Protokollierung der Messungen Teil dieses umfassenden Gesamtpakets, das wir auf Mietbasis für die von der Norm geforderten Kraft- und Druckmessungen anbieten. Natürlich bieten wir die Messung auch als Dienstleistung an.

Und wie funktioniert eine Messung der biomechanischen Grenzwerte im Detail? Wie lässt sich austesten, welche Kräfte auf eine bestimmte Körperregion des Menschen einwirken würden, wenn es tatsächlich zu einer Kollision mit dem Roboter käme?

Die Grenzwerte für einen transienten, maximal 0,5 Sekunden langen bzw. für einen quasi-statischen Kontakt, bei dem sich der Mensch nach einem Zusammenstoß mit dem Roboter nicht mehr zurückziehen kann, weil er irgendwo eingeklemmt wurde, sind normativ vorgegeben. Da es einen erheblichen Unterschied macht, ob der Roboter im Falle einer Kollision auf einen Handrücken, den Kopf oder auf einen weicheren Körperteil trifft, sind für die einzelnen Körperregionen unterschiedliche Grenzwerte einzuhalten. Dementsprechend gibt es Schaumstoff-Mess-Pads von unterschiedlicher Shore-Härte sowie Federn mit unterschiedlicher Federkonstante. Damit lässt sich ein Aufprall auf die verschiedenen Körperteile simulieren. Unser Messsystem ist folgendermaßen aufgebaut: Das Ganze ist eine rund 20 cm hohe Einheit mit einem beweglichen Messteller oben und einer Feder bzw. Kraftmessdose darunter. Austauschbar sind nicht nur die vorhin erwähnten Mess-Pads, die oben auf dem Messteller abgelegt werden, sondern auch die Federn, weil auch diese unterschiedliche Körperregionen abbilden müssen. Denn eine Kollision mit dem Oberkörper ist eher „abzufedern“ als eine mit den Unterschenkeln. Diese unterschiedlichen Federsteifigkeiten müssen ebenfalls nachgebildet werden können bei der sicherheitstechnischen Überprüfung einer MRK-Anwendung.

Sie haben jetzt die Kraftmessung beschrieben, wie funktioniert es beim Druck?

Das funktioniert mit einem Messfolien-Set von Fujifilm. Pro Messung werden zwei Folien verwendet, wobei die obere einen Farbabdruck auf der unteren hinterlässt bei einer Kollision. Das heißt die tatsächliche Druckkraft wird durch die Intensität der Verfärbung der Druckmessfolie sichtbar. Das Ergebnis wird mit einer speziellen Software ausgelesen.

Sie haben eingangs erwähnt, dass Pilz schon viel getestet und geprüft hat bei den am Markt verfügbaren kollaborativen Robotern – verhalten sich diese im Falle einer Kollision unterschiedlich?

Definitiv! Die einzelnen Robotermodelle heben sich keineswegs nur bei den „ganz normalen Auswahlkriterien“ wie Nutzlast oder Reichweite voneinander ab, es gibt durchaus auch Unterschiede bei den inkludierten Sicherheitsfunktionen, der Wirkungsweise des Kollisionserkennungssystems sowie bei der Performance des Sicherheitssystems selbst. Das sollte bei der Auswahl des passenden Produkts für eine bestimmte Applikation an sich berücksichtigt werden.

Sie sagten „an sich“ – was gäbe es „an sich“ sonst noch alles zu beachten bevor man mit der Umsetzung einer MRK-Applikation beginnt?

Grundsätzlich lässt sich vieles mit einer Mensch-Roboter-Kollaboration umsetzen, die Frage ist nur: Wie viele zusätzliche Schutzvorkehrungen sind dafür erforderlich. Sobald spitze Werkstücke oder Bauteile mit scharfen Kanten ins Spiel kommen, wird es schwierig. Sind hohe Geschwindigkeiten zwingend notwendig, wird es ebenfalls schwierig, weil diese mehr Kraft bzw. Druck im Falle einer Kollision mit sich bringen. Bei hohen Nutzlasten verhält es sich ähnlich – je schwerer ein Ding ist, desto größer natürlich die Kräfte, die benötigt werden, um dieses zu bewegen. Und dann wird die Kraftbegrenzung gemäß ISO/TS 15066 irgendwann zum Thema.

Eine MRK-Anwendung bedeutet in der Regel immer eine Taktzeiteinschränkung. Deshalb gibt es in der Praxis oftmals eine Kombination unterschiedlicher Methoden: Demzufolge könnte man beispielsweise für Situationen, in denen tatsächlich eine höhere Taktzeit unabdingbar ist, ein Lichtgitter installieren, welches in dieser Betriebsart aktiviert wird. Und beim Umstieg auf den MRK-Modus würde dann wieder eine normgerechte Drosselung der Geschwindigkeit erfolgen und das Lichtgitter deaktiviert werden. MRK ist ja nicht gleich MRK: Es gibt die volle Kooperation, wo Mensch und Bediener gleichzeitig im gleichen Arbeitsraum arbeiten. Es gibt die parallele bzw. sequentielle Kooperation, wo man entweder zeitlich oder räumlich voneinander getrennt ist und es gibt die Koexistenz, wo es überhaupt keine direkte Zusammenarbeit gibt.

Letzte Frage: Was gibt es zum diesjährigen Intertool-Auftritt zu sagen – was ist da geplant?

Da wird von uns ebenfalls das Thema MRK ganz stark in den Fokus gerückt. Einerseits zeigen wir unser Kraft- und Druckmesssystem PROBms. Damit kann jeder Standbesucher gleich selbst austesten, wie sich 200 Newton beispielsweise anfühlen. Denn wir laden unter dem Motto „Hau den Lukas“ zu einem anschaulichen Kräftemessen ein, bei dem anhand einer LED-Säule sofort ersichtlich wird, wieviel Power tatsächlich hinter einer bestimmten Berührung steckt.

Andererseits dient eine Schokoladensortieranlage, die als MRK-Applikation ausgelegt wurde, als Eyecatcher. Ein Kuka LBR iiwa verteilt hier kleine Rittersport-Tafeln an die Messebesucher. Zu Demonstrationszwecken wurde diese Anlage zusätzlich mit unterschiedlichsten Pilz-Produkten abgesichert.

Last but not least wollen wir die diesjährige Intertool auch dazu nützen, um auf unser umfassendes Dienstleistungsangebot im MRK-Bereich aufmerksam zu machen. (Anm. d. Red.: Genaueres dazu gibt es in der nächsten Ausgabe der x-technik AUTOMATION nachzulesen)

Intertool Halle A, Stand A0800

Smart Automation

Halle A, Stand A0501