Spotguard heißt die Lösung von Tofmotion, die aus Hard- und Software besteht, die Objekte in Echtzeit erkennt, die in Gefährdungs- beziehungsweise Bewegungsräume eindringen. In diesem Fall wird automatisch ein Signal an den Maschinencontroller gesendet und eine entsprechende Reaktion eingeleitet. So übernimmt das System definierte Sicherheitsaufgaben und schützt Menschen und Maschinen gegen Kollisionen. 

„Wir bieten hier ein Produkt an, das den herkömmlichen Sicherheitssensoren weit überlegen ist“, betont Dr. Christian N. Neufeld, CEO von Tofmotion. „Wir ermöglichen Maschinen die räumliche Wahrnehmung, die die Basis für eine echte Mensch-Roboter-Kollaboration darstellt.“ 

Enge Kooperation zwischen Industrie und Forschung

Spotguard bewährt sich mittlerweile in zahlreichen Anwendungen in der Industrie. Gleichwohl interessiert sich auch die Forschung für das Konzept. Unter anderem kooperiert Tofmotion mit dem Technikum Wien, das die Lösung im Sommer 2020 in Betrieb nahm. „Veranlasst wurde dies durch die Bachelorarbeit eines Studenten im Bereich Mechatronik/Robotik“, so Clemens Ambros, Junior Researcher/Lecturer im Kompetenzfeld Digital Manufacturing, Automation & Robotics an der Fachhochschule Technikum Wien. „Diese wissenschaftliche Arbeit überprüfte, ob sich virtuelle, kamerabasierte Sicherheitssysteme dafür eignen, den Arbeitsraum eines Kuka-Roboters abzusichern. Für die Praxis-Tests wurde ein typisches Szenario mit Spotguard aufgebaut.“

Experimentierfeld für Studierende

Die Forschungseinrichtung des Kompetenzfeldes Digital Manufacturing, Automation & Robotics beherbergt eine heterogene Systemlandschaft aus über 20 industriellen Robotern unterschiedlicher Hersteller und Funktionsweisen. Im Rahmen von interaktiven und praxisorientierten Lehrveranstaltungen profitieren Studierende von den Räumlichkeiten und der Infrastruktur und können sich im Rahmen einer wissenschaftlichen Arbeit entsprechend spezialisieren. Dafür sind Kooperationen mit namhaften Industrieunternehmen unabdingbar, die weit über ein reines Sponsoring hinausgehen: Die Entwicklung und Umsetzung von Projekten erfolgen immer gemeinsam und in enger Abstimmung.

Zuverlässige Sicherung des Arbeitsraums

Tofmotion unterstützte die Installation und Integration von Spotguard in die Steuerung des betreffenden Roboters. Darüber hinaus wurde zwei Mitarbeitern der Technikum Digital Factory im Umgang mit der Software und Benutzeroberfläche geschult. Dabei wurden einzustellende Parameter, physikalische Rahmenbedingungen des Systems sowie die Erstellung von unterschiedlichen Warn- und Gefahrenzonen sowie die Kalibrierung behandelt.

„Im derzeitigen Setup ist das Kamerasystem in eine Robot-Machining-Applikation eingebunden. Konkret handelt es sich um eine Roboterstation, die subtraktive Bearbeitungstätigkeiten durchführt“, erläutert Neufeld. „Die Installation der Kamera etwa fünf Meter über dem Boden erlaubt eine ganzheitliche Sicherung des Arbeitsraumes und den Schutz der Mitarbeitenden der Technikum Digital Factory.“ Um das zu ermöglichen, wurde der einzige Zugang zur Station über die Benutzeroberfläche mit digitalen Warn- und Gefahrenzonen überlagert. Je nach Position der Person in den definierten Zonen löst das System einen Stopp (Kategorie 2) oder einen Not-Halt (Kategorie 1) des Roboters aus.

Weniger Aufwand bei größerem Nutzen

Das so entstandene System aus Kuka-Roboter und Spotguard trägt vor allem zu Forschungstätigkeiten bei, die im Rahmen des durch die Stadt Wien geförderten Projektes „Sicherheit in intelligenten Produktionsumgebungen – SIP4.0“ durchgeführt werden. Dabei untersuchen die Mitarbeiter die komplexen Gegebenheiten in modernen Industriebetrieben in Bezug auf Maschinensicherheit (Safety) und Informationssicherheit (Security) und wie sich diese gegenseitig beeinflussen. „In diesem Bereich hatten wir in der Vergangenheit bereits ein älteres kamerabasiertes Safety-System eingesetzt, das unsere Erwartungen aber nicht erfüllen konnte“, so Ambros. „Im Gegensatz zu dieser Lösung bewährt sich Spotguard auch bei wechselnden Lichtverhältnissen und ermöglicht eine klare Definition der Arbeitsräume.“
Durch die virtuelle Überwachung von Arbeitsräumen in industriellen Anlagen lässt sich eine Maschinen- und Arbeitssicherheit auf hohem Niveau erreichen. Gleichzeitig werden der physische Aufwand und die Menge an notwendigem Equipment drastisch gesenkt. Zudem lässt sich das System leicht auf neue Anforderungen anpassen: Warn- und Gefahrenzonen lassen sich bei Bedarf einfach verändern, eine physische Manipulation des Equipments ist in der Regel nicht nötig.