Sikker drift av industriroboter

Hensyntagen av robotcelledesign på et tidlig tidspunkt

Industriroboter er viktige hjelpere som avlaster mennesker for tunge eller farlige oppgaver. Samtidig må de ansatte beskyttes effektivt mot farene som utgår fra disse «cobots». Her finnes det noen lovbestemmelser som må hensyntas.

Innen tysk prosessektor benyttes det pr. 10 000 ansatte nesten 350 industriroboter. Med dette ligger Tyskland på verdensbasis som nummer fire, bak Singapore, Sør-Korea og Japan. De fleste industrirobotene som er installert i Forbundsrepublikken utfører arbeidet sitt innen bilindustrien. Bruksområdene er allsidige: Sveising, klebing, nagling, montering, lakkering, emballering og palettering er bare noen få eksempler. Fleksibiliteten til disse «multitalentene» skal ikke undervurderes, spesielt med tanke på de forskjellige farlige situasjonene de er involvert i.

Industriroboter utfører komplekse bevegelsesforløp som, kombinert med forskjellige hastigheter, ikke er forutsigbare for medarbeidere som ikke har grunnleggende kunnskap om applikasjonen. Det er derfor ikke vanskelig å forstå grunnen til at de ofte plasseres bak et beskyttende gjerde. Men hvilke konkrete sikkerhetsrelevante krav må hensyntas ved bruk av roboter?

Klassifisering som delvis ufullstendig maskin

Med utgangspunkt i maskindirektiv 2006/42/EF er industriroboter uten endeeffektor og applikasjonsprogram, ufullstendige maskiner i henhold til direktivets artikkel 1 g). Det betyr at en robot er nesten ekvivalent med en maskin, og ikke fullfører de spesifikke oppgavene fullt ut på egen hånd. Ufullstendige maskiner omfattes også av maskindirektiv 2006/42/EF og må oppfylle tilnærmet samme krav til tilgjengelighet på markedet, som i samsvarsevalueringsmetoden for «fullstendige» maskiner. Hvilke tekniske dokumenter som generelt må utarbeides for ufullstendige maskiner, er angitt i artikkel VII b) i maskindirektivet. Ved hjelp av disse dokumentene må det fremgå hvilke krav i direktivet som har blitt overholdt og implementert. Kravene til teknisk dokumentasjon for «fullstendige» maskiner, ligner på disse. En forskjell som er verdt å legge merke til, er at det for ufullstendige maskiner må innleveres en monteringserklæring i stedet for en samsvarserklæring, og en monteringsveiledning i stedet for en driftsveiledning.

For at en industrirobot som er deklarert som ufullstendig maskin, skal kunne driftes i henhold til forskriftene, må den installeres sikkert i en applikasjon. Det innebærer at roboten utstyres med endeeffektor og applikasjonsprogrammet som er nødvendig for et spesifikt formål, og deretter plasseres for eksempel i en robotcelle.

Når mange forskjellige faktorer spiller inn

Det er mange faktorer som må trekkes inn i risikoevalueringen før roboter kan brukes trygt. Type applikasjon, tilgangsmuligheter, driftsmodi og avstanden og tiden som går med for å stanse roboten, er bare noen få eksempler. Til syvende og sist er det risikoevalueringen som danner grunnlaget for tiltak som skal redusere risikoene, og den utføres etter tretrinnsmetoden. I det første trinnet foregår evalueringen, det vil si hvorvidt farene og risikoene som de kan forårsake, kan fjernes i designen. Først deretter involveres tekniske beskyttelsestiltak, før brukermerknader rundt potensielle resterende risikoer utformes.

I motsetning til samarbeidende roboter (cobots), som ofte kan brukes uten ytterligere beskyttelsestiltak, forutsetter klassiske industriroboter alltid ytterligere beskyttelsestiltak som forhindrer eller oppdager tilgang til roboten. Spesielle driftsmodi, som oppsettmodus, utgjør unntak fra dette. Her kan det hende at roboten må styres med åpen beskyttelsesdør. Slike spesialtilfeller må også trekkes inn i risikoevalueringen, og tilsvarende tiltak for sikker oppsettmodus må implementeres. En egnet tilnærming er at oppsettmodus kun kan implementeres av opplært personell, i redusert hastighet og ved bruk av en aktiveringsanordning.

Automatisk drift med skilleanordning

I automatisk drift bruker de fleste robotapplikasjoner en skillende beskyttelsesanordning. Hvilke egenskaper denne må ha, er definert i EN ISO 14120. Denne standarden adresserer design og bygging av faste og bevegelige, skillende verneanordninger. Den bevegelige, skillende verneanordningen kalles i dagligtale ofte for beskyttelsesdør. Ved bruk med roboter er disse beskyttelsesdørene kun hensiktsmessige sammen med en låseanordning. Denne låseanordningen kalles også for sikkerhetsbryter, og gjenkjenner om en beskyttelsesdør er åpen eller lukket. Hvis en medarbeider åpner beskyttelsesdøren, stenges roboten ned via grensesnittene, som stilles til disposisjon av produsenten. Denne prosessen kan ta alt fra noen millisekunder til sekunder, avhengig av robotapplikasjonen. Hvis tiden som kreves før medarbeideren får tilgang til roboten, er kortere enn nedstengningen av robotens farlige bevegelse, må ytterligere tiltak implementeres. I slike tilfeller foreskriver EN ISO 14119 en låsemekanisme, som innebærer en mekanisme som holder beskyttelsesdøren stengt helt til den farlige bevegelsen stanser.

Hvis det installeres en optoelektronisk tilgangssikring, for eksempel sikkerhetslysport eller -gardin, i stedet for en beskyttelsesdør, fastsettes nødvendig sikkerhetsavstand i henhold til EN ISO 13855, som for en sikkerhetsdør uten låsemekanisme. Det krever at etterløpstiden for hele systemet fastsettes - fra sikkerhetslysporten eller -gardinen avbrytes, og til en tilstand der robotbevegelsene ikke lenger er farlige. Dette tilsvarer ofte robotens stillstand. Måling av etterløpstiden, en oppgave som utføres av fagpersonell, gir pålitelige verdier som kan brukes for å beregne nødvendig sikkerhetsavstand.

Tiltak ved begrenset bevegelsesområde

I tillegg til selve adgangsbeskyttelsen til roboten, er robotcellens størrelse en meget viktig faktor. I praksis tilpasses robotceller som regel kun etter det nødvendige bevegelsesforløpet, og ikke etter robotens mulige bevegelsesradius. Det er derfor viktig å iverksette egnede tiltak for et begrenset bevegelsesområde. For i praksis har det vist seg at beskyttelsesgjerdet kun kan stanse industriroboter i en bestemt grad, avhengig av robotens størrelse. For å beskytte personer utenfor robotcellen må derfor ytterligere tiltak implementeres dersom robotens bevegelsesområde er begrenset. Dette kan for eksempel være mekaniske endestoppere på hovedaksen eller tilstrekkelig stivhet i beskyttelsesgjerdet. Aksen kan også begrenses elektronisk ved hjelp av en sikkerhetsrettet robotkontroller.

Nevnte sikkerhetskrav innledes med prosessrelaterte farer, som betyr at ytterligere beskyttelsestiltak er nødvendige. Ved sveising kan dette være tiltak i form av sprut- og antiblendbeskyttelse samt ventilering. Den eneste måten som produsenter av robotapplikasjoner kan komme et stort skritt nærmere en robotapplikasjon på som imøtekommer direktivene, er ved å redusere alle risikoer til et akseptabelt nivå, og bekrefte vernetiltakenes effekt gjennom valideringsprosesser. I forbindelse med tjenesteporteføljen til Phoenix Contact har det vist seg at hensyntagen av sikkerhetskravene allerede i en tidlig fase kan forhindre høye kostnader når robotapplikasjonen skal utformes.