Das Thema Funktionale Sicherheit wird auch in der Automatisierungstechnik immer wichtiger, denn die Komplexität der Anlagen nimmt zu und die Anforderungen an ihre Verfügbarkeit steigen. Um diesen Herausforderungen gewachsen zu sein braucht es Messgeräte, die hochgenaue redundante Positionswerte erzeugen und so den sicheren Betrieb von Robotern in der Fertigung ermöglichen.

Viele Branchen nutzen heutzutage Roboter – allen voran die Automobil- und Elektronik-Industrie. Die Aufgabengebiete sind vielfältig und reichen vom Punkt- und Bahnschweißen über das Entgraten bis hin zu Oberflächenbehandlungen. Alle Anwendungen haben aber eines gemeinsam: Die Bearbeitung muss sehr präzise und sorgfältig erfolgen, da sonst irreversible Schäden an den teuren Bauteilen entstehen können. Hinzu kommt, dass immer mehr Unternehmen sogenannte Cobots einsetzen – Roboter, die mit Menschen Seite an Seite arbeiten und nicht mehr durch Schutzkäfige abgetrennt sind. Diese Cobots übernehmen Aufgaben, die sich nicht vollständig automatisieren lassen oder für Menschen riskant sein können. Dazu gehören zum Beispiel das sichere Führen von scharfen, spitzen oder heißen Werkstücken oder auch gefährliche Schraubarbeiten. Hier steht der Schutz der menschlichen Arbeiter vor den Robotern im Vordergrund: Durch die Installation zahlreicher Sensoren und hochgenauer Messgeräte an den Achsen werden Kollisionen der Roboter mit Arbeitern verhindert.

Zertifizierung ist Pflicht

Funktionale Sicherheit ist also im Bereich der Industrieroboter ein sehr komplexes Thema, das eine ganzheitliche Betrachtung der Produktionsabläufe erfordert. Um die hohen Anforderungen der Normen EN 61508 und EN ISO 13849 bezüglich der Funktionalen Sicherheit zu erfüllen, müssen Maschinenbauer in ihre Roboter und Fertigungssysteme unter anderem Messgeräte integrieren, die speziell für den Einsatz in sicherheitsgerichteten Applikationen zertifiziert wurden. Die Zertifizierung garantiert, dass sämtliche von den Messgeräten ermittelten Positionswerte sicher an die übergeordnete Steuerung übertragen werden. Das bedeutet, dass alle Positionswerte redundant sind.
Ein weiterer wichtiger Punkt im Hinblick auf die Funktionale Sicherheit ist die mechanische Verbindung zwischen Messgerät und Antriebseinheit. Sie muss so fest sein, dass sie sich im Betrieb nicht löst, denn die Steuerung kann einen solchen Fehler nicht zwingend erkennen (laut EN 61800-5-2/Tabelle D 8). Der Nachweis einer solchen sicheren Verbindung ist für Maschinenhersteller allerdings mit großem Aufwand verbunden.
Diese Arbeit hat Amo den Konstrukteuren abgenommen: Um die Verwendung seiner hochgenauen absoluten Messgeräte auch in sicherheitsgerichteten Anwendungen zu ermöglichen, hat der Messtechnik-Spezialist die Geräte jetzt zertifizieren lassen. Maschinen- und Anlagenbauer profitieren deshalb ab sofort auch in diesen Applikationen von der hohen Präzision der Messgeräte, die eine Positionsabweichung von weniger als 1 Mikrometer innerhalb einer Signalperiode aufweisen.
Die absoluten Messgeräte sind in allen industriellen Anlagen bis SIL 2 (Safety Integrity Level) und Performance Level „d“ (Kategorie 3) verwendbar. Ihr Sicherheitskonzept basiert auf zwei im Geber erzeugten, voneinander unabhängigen Positionswerten sowie Fehlerbits, die über das funktional sichere Protokoll an einen sicheren Master übertragen werden.
Dieser besitzt diverse Überwachungsfunktionen, die Fehler im Messgerät oder bei der Datenübertragung aufdecken. Nach der Überprüfung leitet der Master die von den Messgeräten ermittelten Daten an die übergeordnete sichere Steuerung weiter. Sie überwacht die Funktionalität des Positionsmessgeräts anhand periodisch ausgelöster Tests. Da die sicherheitsrelevanten Informationen in so genannten Zusatzinformationen hinterlegt sind, können sie zeitsparend im Regelbetrieb verarbeitet werden.

Fehlerausschluss ersetzt Nachweis der sicheren mechanischen Verbindung

Mehr Effizienz in der Anlagen-Konstruktion bringt auch der sogenannte mechanische Fehlerausschluss, den Amo für seine zertifizierten absoluten Längen- und Winkelmessgeräte entwickelt und über eine Baumusterprüfung bestätigt hat. Maschinenhersteller müssen deshalb nicht mehr aufwändig die sichere mechanische Anbindung der Messgeräte an den Antrieb nachweisen. Die ist mit dem Fehlerausschluss bereits für eine Vielzahl von Anwendungsgebieten sichergestellt.
Die zertifizierten absoluten Längen- und Winkelmessgeräte von Amo bieten Maschinenbauern und Anwendern noch einen weiteren Vorteil: Sie verfügen über eine rein serielle Ein-Geber-Datenübertragung (via EnDat-/Siemens-Drive-CLiQ-Schnittstelle). Diese ist kostengünstiger als analoge Übertragungsverfahren oder der Einsatz von zwei Messgeräten pro Achse, mit denen ebenfalls zwei unabhängige Positionswerte gemessen werden können. Durch die serielle EnDat.2.2- oder Siemens-Drive-CLiQ-Schnittstelle reduzieren sich aber nicht nur die Investitionskosten für Hersteller und Anwender. Die serielle Datenübertragung ermöglicht auch die Nutzung von Diagnose-Verfahren, eine automatische Inbetriebnahme des Roboters oder der Anlage sowie eine schnelle Positionswertbildung.

Erweiterter Einsatzbereich

Mithilfe der absoluten Längen- und Winkelmessgeräte von Amo lässt sich der Anwendungsbereich von Industrierobotern auf alle sicherheitsrelevanten Anwendungen erweitern. Auch die hochpräzise Bearbeitung großer Werkstücke ist jetzt mit ihnen möglich. Sie scheiterte bisher an der mangelnden Genauigkeit der an den Roboterachsen installierten Drehgeber. Werden zusätzlich zu ihnen aber Längen- und Winkelmessgeräte von Amo eingesetzt, lässt sich die Positioniergenauigkeit um 70 bis 80 Prozent steigern. Damit ergeben sich völlig neue Verwendungsmöglichkeiten für Roboter in der industriellen Fertigung. Sie können jetzt Arbeiten übernehmen, für die bisher teure Sondermaschinen benötigt wurden.