Sicherheits-Laserscanner
Sicherheits-Laserscanner, die die höchsten Sicherheitsstandards von Type3, SIL2, Category3 und PLd erfüllen. Trotz ihrer kompakten Größe verfügen die Geräte über einen großen Erkennungsbereich und sind mit Muting-Funktion sowie Parameterbänken ausgestattet. Diese Geräte eignen sich optimal für technische Schutzmaßnahmen von fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und Roboterzellen und sind eine bevorzugte Alternative zu mechanischen Sicherheitsvorrichtungen und Schaltmatten.
Produktpalette
Sicherheits-Laserscanner der Modellreihe SZ-V bieten sowohl Sicherheit als auch Produktivität. Die Sicherheits-Laserscanner erfüllen die Anforderungen der jeweiligen Norm nach Type 3, SIL 2, Category 3 und PLd und gewährleisten somit ein Höchstmaß an Sicherheit. Neben einer Schutzzone von bis zu 8,4 m verfügen die Sicherheits-Laserscanner über eine abnehmbare Anzeigeeinheit mit integriertem Display und eine gut sichtbare Status-LED für ein Höchstmaß an Bedienerfreundlichkeit. Die einfach zu bedienende Konfigurationssoftware trägt außerdem dazu bei, den Arbeitsaufwand vom Setup und den Einstellungen bis zur Wartung der Sicherheits-Laserscanner deutlich zu reduzieren. Neben dem Bereichs- und Zugangsschutz bieten die Sicherheits-Laserscanner der Modellreihe SZ-V weitere nützliche Schutzfunktionen und verschiedene Kommunikationsmöglichkeiten, wie z. B.PROFIsafe, und die Überwachung von bis zu 32 Schutzfeldern, die auch gleichzeitig sicher abgefragt werden können.
Sicherheits-Laserscanner der Modellreihe SZ bieten den höchsten Sicherheitsstandard und erfüllen die Anforderungen von Type 3, SIL 2, Category 3 und PLd. Mit einem Gewicht von nur 1,6 kg kann der kompakte, handflächengroße Sicherheits-Laserscanner überall montiert werden, selbst auf fahrerlosen Transportsystemen (FTS). Einfache Schutz- und Warnzonen können direkt über das Gerät konfiguriert werden, so dass eine Konfiguration per Computer nicht erforderlich ist. Trotz seiner kleinen Größe verfügt dieser Sicherheits-Laserscanner über einen Erkennungswinkel von 270°, eine maximale Schutzzone von bis zu 4,2m und bis zu 16 Parameterbänke für unterschiedliche Schutzzonen mit jeweils 2 möglichen Warnzonen. Mit diesem System werden ihre Sicherheitsanforderungen zu vertretbaren Kosten in ausreichendem Maße erfüllt.
Ein Sicherheits-Laserscanner ist eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung (BWS) zum Schutz von Mitarbeitern und Maschinen. Diese Geräte werden häufig in der Werksautomation zur Absicherung von Maschinen eingesetzt. Mit Sicherheits-Laserscannern wird ein Bereich überwacht, um eine potentiell gefährliche Situation zu verhindern. Diese Geräte werden heute häufig verwendet, um Schaltmatten, mechanische Sicherheitsvorrichtungen und Sicherheits-Lichtvorhänge zu ersetzen.
Wie funktionieren Sicherheits-Laserscanner?
Ein Sicherheits-Laserscanner verwendet einen Laser, der einen Bereich abtastet. Sobald eine Person oder ein Objekt erkannt wird, wird ein Signal ausgelöst. Dieses sichere Signal stoppt die in der Nähe befindliche Maschine oder Gefahrenquelle oder löst Mechanismen zum Erreichen eines sicheren Zustandes aus. Im Gegensatz zu typischen Lasersensoren überwachen sich die Sicherheits-Laserscanner durch redundante Signale selbst und stoppen die Gefahr (z. B. Maschine), wenn ein interner Fehler erkannt wird.
Was ist ein mögliches Einsatzgebiet von Sicherheits-Laserscannern?
Sicherheits-Laserscanner werden in der Fertigung meist zur Absicherung von Maschinen eingesetzt, um das Personal vor Verletzungen zu schützen. Sicherheits-Laserscanner bieten berührungslosen Schutz beim Überwachen eines großen Bereichs. Die Schutzzone (Sicherheitszone) lässt sich auf die individuellen Bedürfnisse anpassen. Diese Technologie hat oft deutliche Vorteile gegenüber mechanischen Sicherheitsvorrichtungen, Zäunen oder Schaltmatten oder Sicherheits-Lichtvorhängen, da ein Sicherheits-Laserscanner einen individuell anpassbaren Bereich absichert.
Vorteile von Sicherheits-Laserscannern
Sicherheits-Laserscanner ermöglichen eine 100% anpassbare Schutzzone, auch in komplexen Bereichen. Der Mangel an Anpassungsmöglichkeiten ist ein häufiges Problem bei Schaltmatten. Die berührungslose Erkennung eines Sicherheits-Laserscanners minimiert zudem die Beschädigung durch herabfallende Gegenstände und Stöße, ein weiteres häufiges Problem bei Schaltmatten.
Bei einem Sicherheits-Laserscanner gibt es keine Einschränkung hinsichtlich der Form der Schutzzone, solange die Form innerhalb des möglichen Erfassungsbereichs ist. Je nach Maschinenanordnung kann die Schutzzone auch einfach mit einer entsprechenden Software verändert werden. Sicherheits-Laserscanner sind zudem kompakt und damit eine sinnvolle Alternative an Stellen, an denen Sicherheits-Lichtvorhänge nicht eingesetzt werden können. Durch den Einsatz mehrerer Sicherheits-Laserscanner ist es möglich, tote Winkel zu eliminieren und eine vollständige Erfassung in einem beliebig großen Bereich zu gewährleisten.
Was die Langlebigkeit und den Ausfall betrifft, so sind Schaltmatten aufgrund ihrer Beschaffenheit anfällig für interne Drahtbrüche, die zum Beispiel durch heruntergefallene Gegenstände und das Betreten der Matten verursacht werden. Der geschützte Bereich ist auch durch die Form der Schaltmatte begrenzt, so dass einige Bereiche nicht erkannt werden. Dagegen erfassen Sicherheits-Laserscanner berührungslos jeden Bediener innerhalb der erstellten Schutzzone. Somit entstehen keine Beschädigungen am Sicherheits-Laserscanner, wenn Personen die Schutzzone betreten oder durch herabfallende Gegenstände.
Sicherheits-Laserscanner können in Einrichtungen installiert werden, in denen Sicherheits-Lichtvorhänge nicht geeignet sind. Ein Beispiel wäre die Verwendung der Muting-Funktion. Während bei einem Sicherheits-Lichtvorhang zwischen Produkt und Sicherheits-Lichtvorhang ein Schattenwurf entsteht, kann der Sicherheits-Laserscanner durch entsprechende Installation diesen nicht erkennbaren Bereich minimieren und somit die Sicherheit erhöhen.
Bei einer Installation eines Sicherheits-Lichtvorhangs mit Muting-Funktion an einem großen Eingangsbereich einer Fertigungslinie, kann es aufgrund von Schattenwurf vorkommen, dass neben dem passierenden Produkt eine Person den Gefahrenbereich unerkannt betritt.
Sicherheits-Laserscanner hingegen ermöglichen eine flexible und individuelle Konfiguration der Muting-Zone. Da lediglich die genaue Form des Gegenstands ausgeblendet wird, werden andere offene Gefahrenzonen eliminiert.
Sicherheits-Laserscanner haben kaum Einschränkungen, wo sie installiert werden oder welche Bereiche sie abdecken können. Das bedeutet, dass Sicherheits-Laserscanner überall dort eingesetzt werden können, wo sie den besten Schutz bieten.
Für jede Bank können mehrere Schutz- und Warnzonen eingerichtet werden. Mit maximal 32 konfigurierbaren Parameterbänken kann der Benutzer die am besten geeignete Zone mit Hilfe externer Signale auswählen. Durch den gezielten Einsatz von Schutz- und Warnzonen können mehrere Erkennungslevel konfiguriert werden.
Eine Parameterbank bezieht sich dabei auf eine Kombination aus Schutzzone, Warnzone und bei Bedarf auch auf Referenzpunkte. Sicherheits-Laserscanner sind in der Lage, mehrere Parameterbänke zu handhaben. Der Benutzer kann zwischen diesen Bänken mit Hilfe von externen Signalen umschalten, um die zum jeweiligen Zeitpunkt am besten geeignete Schutzzone auszuwählen. Dies wird als Bankumschaltungsfunktion bezeichnet. Die Sicherheits-Laserscanner, mit denen bis zu 32 Parameterbänke erfasst werden können, ermöglichen die Konfiguration von einer Schutzzone und zwei Warnzonen für jede Bank. Somit können insgesamt 96 Zonen konfiguriert werden.
Die Sicherheits-Laserscanner von KEYENCE sind mit einer Funktion ausgestattet, die die Umschaltung zwischen Parameterbänken überwacht und einen Fehler auslöst, wenn die Bankumschaltung nicht ordnungsgemäß ausgeführt wird. Dadurch wird der Betrieb der Maschine verhindert, wenn eine nicht gewollte Schutzzone ausgewählt, oder die erlaubte Umschaltzeit überschritten wird. Diese Funktionen sind nützliche Schutzvorrichtungen für fahrerlose Transportsysteme (FTS) und kollaborative Roboter (Cobots).
Anwendungsbereiche von Sicherheits-Laserscannern
FTS-Schutzmaßnahmen
Fahrerlose Transportsysteme (FTS) benötigen eine Sicherheitseinrichtung, mit der die Schutzzone je nach Umgebungssituation umgeschaltet werden kann.
Die Modellreihen SZ-V und SZ verfügen beide über die Bankumschaltungsfunktion, mit der eine ständige optimale Erkennung durch den Sicherheits-Laserscanner realisiert werden kann. Die Bankumschaltungsfunktion dient zur Festlegung der als Parameterbank konfigurierten Schutz- und Warnzonen. Durch das Umschalten der Parameterbank je nach Geschwindigkeit und Fahrtrichtung kann der Sicherheits-Laserscanner seine Umgebung kontinuierlich überwachen.
Dadurch wird sichergestellt, dass das FTS anhalten oder langsamer werden kann, wenn der Sicherheits-Laserscanner eine Person oder ein Objekt auf dem vor ihm liegenden Fahrweg erkennt. Außerdem wird der Start des FTS in der Nähe einer Person oder eines Objekts unterbunden. Durch den gezielten Einsatz von Schutz- und Warnzonen ist es möglich, immer dann eine Alarmwarnung auszulösen, wenn eine Person oder ein Objekt eine Warnzone eintritt, und das FTS anzuhalten, wenn eine Person oder ein Objekt in eine Schutzzone eintritt.
Schutzeinrichtungen für sechsachsige Roboter ohne Schutzzäune
Das Betreten des beweglichen Bereichs eines arbeitenden Roboters ohne Schutzzaun ist für den Bediener sehr gefährlich, weshalb strenge Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssen. Es ist möglich, das System so zu steuern, dass der Roboter erst startet, wenn sich alle Bediener außerhalb der Schutzzone befinden. Beispielsweise kann ein Roboter abgebremst werden, wenn sich ein Bediener dem Roboter nähert, und angehalten werden, wenn der Bediener in den Gefährdungsbereich des Roboters eintritt. Der Start kann auch verhindert werden, während ein Bediener im Gefährdungsbereich des Roboters arbeitet. In Situationen, in denen der Roboterbetrieb auch dann erforderlich ist, wenn sich ein Bediener in der Schutzzone befindet, z. B. bei Wartungsarbeiten, kann die Sicherheitsfunktion vorübergehend deaktiviert werden.
Ein solches Steuersystem kann mit einem kommunikationsfähigen Sicherheits-Laserscanner erstellt werden.
Schutzeinrichtungen für Walzmaschinen: Abwickelvorrichtungen
Bei den meisten Walzmaschinen müssen die Bediener die Materialien manuell zuführen, die Walzen einrichten und die Maschine reinigen. Aus diesem Grund sind zuverlässige Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, die sicherstellen, dass die Walze vollständig und sicher gestoppt wird, während der Bediener daran arbeitet.
Die Sicherheits-Laserscanner der Modellreihen SZ-V und SZ sorgen zuverlässig für die Sicherheit von Bedienern, die innerhalb des eingezäunten Schutzbereichs arbeiten. Wenn die Walzmaschine angehalten wird und ein Bediener den Schutzbereich betritt, erkennt der Sicherheits-Laserscanner die Anwesenheit des Bedieners. Das Anlaufen der Walzmaschine wird unterbunden, solange sich der Bediener innerhalb des Schutzbereichs befindet.
In Kombination mit einem Sicherheitsschalter der Modellreihe GS entsteht so ein Sicherheitssystem, das den Start der Walzmaschine zuverlässig verhindert, bis der Bediener seine Arbeit innerhalb des Schutzbereichs beendet, den Raum verlassen und die Tür wieder geschlossen und verriegelt hat.
Häufig gestellte Fragen zu Sicherheits-Laserscannern
Ein Sicherheits-Laserscanner dient drei Hauptzwecken: Bereichsschutz, Zugangsschutz und Kollisionsvermeidung.
Für den Bereichsschutz wird der Sicherheits-Laserscanner zur Überwachung einer Gefahrenzone horizontal installiert. So kann beispielsweise geprüft werden, ob noch Personen innerhalb der Maschine oder eines Gefahrenbereichs sind und ein Neustart der Maschine unterbunden werden.
Für den Zugangsschutz werden Sicherheits-Laserscanner üblicherweise vertikal installiert, um den Zugang in eine Gefahrenzone zu erkennen und den Maschinenbetrieb zu stoppen. Um den Zugang zu erkennen, können Sicherheits-Laserscanner anstelle von Lichtvorhängen verwendet werden, die auf beiden Seiten des Eingangsbereichs Pfosten benötigen würden.
Die Kollisionsvermeidung wird verwendet, wenn der Sicherheits-Laserscanner an einem fahrerlosen Transportsystem (FTS) installiert ist. Der Sicherheits-Laserscanner erkennt sich nähernde Personen oder Objekte und kann so Kollisionen verhindern. Sicherheits-Laserscanner können auch zur Kollisionsvermeidung bei schienengeführten Fahrzeugen und Gabelstaplern eingesetzt werden.
Sicherheits-Laserscanner sind reflektive Sensoren, die mit Laserlicht arbeiten. Sie lassen sich an fast jeder beliebigen Stelle und für unterschiedlichste Schutzzonen installieren.
Dies verschafft ihnen einen Vorteil gegenüber Sicherheits-Lichtvorhängen im Hinblick auf vorhandene Installationsorte. Auch das Ausrichten der optischen Achse der Sicherheits-Laserscanner bei der Installation ist denkbar einfach. Selbst komplexe Schutzzonen können mit der intuitiven Software einfach konfiguriert werden.
Darüber hinaus besteht bei Sicherheits-Laserscannern im Vergleich zu Schaltmatten nicht die Gefahr, durch in der Schutzzone herabfallende Werkstücke beschädigt zu werden. Die Schutzzonen des Sicherheits-Laserscanners sind frei konfigurierbar, so dass Layout-Änderungen problemlos umgesetzt werden können. Es besteht keine Notwendigkeit mehr, Schaltmatten in verschiedensten Größen und Formen vorrätig zu halten. Bei einer Änderung der räumlichen Anordnung des Arbeitsbereichs lassen sich die Schutzzonen einfach anpassen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass im Vergleich zu anderen Sicherheitseinrichtungen die Sicherheits-Laserscanner hinsichtlich Installationsort und Schutzzonen weniger eingeschränkt sind. Die einfache Installation und das minimale Ausfallrisiko machen sie zu effizienten Schutzvorrichtungen.
Eine der häufigsten Unfallursachen in der Nähe von Robotern ist der Anlauf oder erneute Anlauf der Maschine, während sich noch jemand innerhalb des Schutzzaunes befindet. Tote Winkel nehmen in der Nähe von größeren Robotern tendenziell zu. Die Notwendigkeit von Maßnahmen zur Sicherung solcher toten Winkel ist in verschiedenen Normen (u. a. ISO 10218-2) klar definiert.
Ein Sicherheits-Laserscanner ermöglicht dem Benutzer das einfache Konfigurieren von Schutz- und Warnzonen. Mit den Funktionen zum einfachen Zeichnen von Zonen entsprechend einem vorgegebenen Schema, lassen sich auch in komplex geformten Bereichen Schutz- und Warnzonen einfach konfigurieren. Auch der maximale Radius der Schutzzone ist mit 8,4m sehr groß. Durch den Einsatz mehrerer Sicherheits-Laserscanner können tote Winkel vollständig eliminiert werden.
Mithilfe solcher Funktionen können Sicherheits-Laserscanner problemlos Arbeiter erkennen, ohne die räumliche Anordnung um den Roboter herum ändern zu müssen.
Sensoren, die den Anforderungen von unten genannten ISO, IEC und anderen internationalen Normen entsprechen, werden als Sicherheitssensoren bezeichnet. Zertifizierte Sicherheitssensoren, die mit dem Prinzip eines reflektiven Lasers in einem Bereich arbeiten, werden Sicherheits-Laserscanner genannt.
Als zertifizierte Sicherheits-Laserscanner müssen die Geräte die folgenden Anforderungen der internationalen Norm erfüllen.
IEC 61496: Type 3
IEC 61508: SIL 2
ISO 13849: PLd, Category 3
Sowohl die Sicherheits-Laserscanner der Modellreihe SZ-V, als auch die Sicherheits-Laserscanner der Modellreihe SZ sind durch die Erfüllung dieser hohen Sicherheitsstandards zertifiziert. In diesem Abschnitt werden die zertifizierten Standards dieser beiden Sicherheits-Laserscanner näher betrachtet.
Welche Anforderungen stellt die Norm IEC 61496: Type 3?
Diese Produktsicherheitsnorm konzentriert sich auf berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS), einschließlich Sicherheitssensoren, wie z. B. Sicherheits-Laserscanner, die menschliche Körper auf elektrischer Basis erkennen und Steuersignale zum Schutz von Personen ausgeben, während eine Maschine in Betrieb ist.
Sicherheitssensoren werden nach Sicherheitsstufen klassifiziert, und jeder Typ muss einen speziellen Aufbau und eine entsprechende Konstruktion aufweisen, die gefährliche Situationen im Falle eines Bauteilausfalls verhindert. Geräte von Type 4 bieten die höchste Sicherheitsstufe. Jeder Typ hat zudem separate Umgebungsanforderungen wie elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), Temperatur- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, mechanische Beständigkeit (gegen Vibrationen, Stöße usw.), Wasserdichtigkeit und Spannungsfestigkeit.
Die Anforderungen für jeden Typ werden im Folgenden beschrieben.
IEC 61496-2 (Type 2, 4): Erkennung von menschlichen Körpern durch Unterbrechung eines Laserstrahls zwischen einem Sender und einem Empfänger.
IEC 61496-3 (Type 3): Erkennung durch Reflexion von Laserlicht.
IEC 61496-4 (Type 4): Erkennung mittels Bildsensortechnik.
Sicherheits-Laserscanner werden als Geräte des Type 3 eingestuft. Die Geräte des Type 3 müssen außerdem die Anforderungen an die minimal erfassbare Objektreflexion (1,8 %), die Umgebungslichtbeständigkeit (Beständigkeit gegenüber verschiedenen Arten von Umgebungslicht) und die Beständigkeit gegenüber den Auswirkungen von Schmutz, unterschiedlichen Hintergründen und eventuellen Hindernissen erfüllen. Sicherheits-Laserscanner der Modellreihen SZ-V und SZ erfüllen alle Anforderungen des Type 3.
Welche Anforderungen stellt die Norm IEC 61508: SIL2?
Die internationale Norm IEC 61508 legt die Anforderungen an die funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Steuerungssysteme fest. SIL ist eine Abkürzung für Safety Integrity Level (Sicherheitsanforderungsstufe), die festgelegte Sicherheitsstufe für Sicherheitsfunktionen. Als Maß für die sicherheitstechnische Leistungsfähigkeit eines Systems gibt die SIL die Wahrscheinlichkeit an, mit der das System als Reaktion auf eine Betriebsanforderung ausfällt (gefahrbringende Ausfallrate pro Zeiteinheit). Es gibt vier festgelegte SIL (SIL 1 bis SIL 4). Sicherheits-Laserscanner müssen die SIL-2-Anforderungen erfüllen. Für SIL 2 muss die gefahrbringende Ausfallrate pro Zeiteinheit 10-7 oder mehr, aber weniger als 10-6 betragen. Sowohl die Sicherheits-Laserscanner der Modellreihen SZ-V als auch SZ erfüllen diese hohe Anforderung.
Welche Anforderungen stellt die Norm ISO 13849: PLd, Category 3?
In diesem Abschnitt wird die Anforderungen nach ISO 13849 an PLd und Category 3 vorgestellt, welche von den Sicherheits-Laserscannern der Modellreihe SZ-V und SZ erfüllt werden.
Was bedeutet PLd?
Das Performance Level (PL) ist ein Wert, welcher die Fähigkeit sicherheitsbezogener Teile von Steuerungen beschreibt, unter vorhersehbaren Bedingungen eine Sicherheitsfunktion auszuführen. Die Teile, die die Sicherheitsfunktion einer Maschine ausführen, werden als sicherheitsbezogene Teile der Steuerung bezeichnet, hier in unserem Fall zum Beispiel ein Sicherheits-Laserscanner. Der Klassifizierungsgrad, mit dem die Leistung dieser sicherheitsrelevanten Teile geregelt wird, wird als Performance Level (PL) bezeichnet. Demnach muss der Performance Level (PL) von sicherheitsbezogenen Teilen in einer Steuerung größer oder gleich dem erforderlichen Performance Level (PLr) sein. Sicherheits-Laserscanner mit einem Performance Level „d“ (PLd) haben eine gefahrbringende Ausfallrate pro Zeiteinheit von 10-7 oder mehr, aber weniger als 10-6 (0,00001 % bis 0,0001 %).
Was bedeutet Category 3?
Bei sicherheitsbezogenen Teilen bezieht sich die Sicherheitskategorie auf die Bauweise (Architektur) des Teils. Category 3 ist eine dieser Sicherheitskategorien. Sicherheitsbezogene Teile gewährleisten die Sicherheit einer Maschine, wobei der geeignete Aufbau je nach Zweck der Maschine, Gefährdungsgrad, Größe der Maschine und Häufigkeit der Benutzung variiert. Es gibt vier verschiedene Sicherheitskategorien (1 bis 4). Sicherheits-Laserscanner müssen die Anforderungen der Category 3 erfüllen. Category 3 besagt, dass eine einzelne Störung in einem der sicherheitsbezogenen Bauteile nicht zum Ausfall der Sicherheitsfunktion führt.
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Dieser Leitfaden stellt eine Vielzahl von Sicherheitsinformationen vor, darunter Maschinensicherheitsnormen (für Produktionsanlagen und andere Maschinen), die Klassifizierung der Performance Level (PL), die zur Definition der Risikobewertung und der Sicherheitsfaktoren verwendet wird, sowie spezifische Sicherheitseinrichtungen und Sicherheitssysteme.