Gjerdeløs, men kompatibel: Navigering av ISO 10218-2 og OSHA-sikkerhetsstandarder for en Cobot-palletiser

Det primære salgsargumentet til en moderne samarbeidende robotpalletisering er dens åpne, små-fotavtrykksdesign. I motsetning til tradisjonelle, tunge-industriroboter med fire-akser som krever metallgjerder fra gulv-til-, sammenlåsende sikkerhetsporter og lette gardiner, markedsføres samarbeidsroboter som utstyr som kan fungere sammen med menneskelige operatører. For en fabrikksjef som ønsker å optimalisere gulvutformingen bak en konverteringslinje med høy-hastighet, virker det å fjerne fysiske merder som en enkel måte å spare plass på, redusere installasjonskostnadene og forbedre tilgjengeligheten til gaffeltrucker.

Imidlertid blir dette gjerdeløse oppsettet ofte til en stor overholdelsesfare under fabrikkinspeksjoner.

Misforståelsen ligger i å forveksle en samarbeidende robotarm med et kompatibelt palleteringssystem. Selv om en cobot-arm kan være sertifisert som sikker ut av esken av produsenten, blir hele oppsettet en stor-industrifare i det øyeblikket du fester en tungmetallklemme, tar opp en skarp-kantet bølgepappbunt og svinger den gjennom luften i høy hastighet. Hvis en menneskelig arbeider blir truffet av den bevegelige bunten, kan støtet forårsake alvorlig skade. Dette er grunnen til at regionale sikkerhetsinspektører som opererer under OSHA eller europeiske CE-direktiver kan, og vil, stenge ned en gjerdeløs palleteringscelle hvis den mislykkes i en formell risikovurdering.

For å forstå samsvar, må du se på den praktiske fysikken til slagenergi. I henhold til internasjonale sikkerhetsrammeverk er en robot bare virkelig samarbeidsvillig hvis energiproduksjonen holder seg under smerte- og skadeterskelene til menneskekroppen under en uventet kollisjon. Denne operasjonelle tilnærmingen er kjent som Power and Force Limiting.

Den totale kinetiske energien til en robotnyttelast i bevegelse er drevet av to virkelige-variabler: den kombinerte massen til systemet og dets driftshastighet. I et emballasjemiljø er massen en fast variabel diktert av dine produksjonskrav. Du kan ikke endre vekten på den korrugerte bunten, og du kan heller ikke enkelt redusere vekten på konstruksjonsstålet eller aluminiumsgriperen som trengs for å sikre den. Derfor er den eneste variabelen du kan endre for å holde støtenergien innenfor sikre grenser den lineære hastigheten til robotarmen.

For å overholde samarbeidsstandarder uten fysiske barrierer, må en cobot-palletiser ofte begrenses til en langsom lineær hastighet, typisk under en kvart meter per sekund. Imidlertid, hvis oppstrøms folde-, limings- eller stroppelinen slipper ut tjue-fem bunter per minutt, vil det å kjøre robotarmen med denne lave hastigheten føre til en umiddelbar flaskehals. Materialet vil sikkerhetskopieres langs transportørene dine, og til slutt utløse en nødlinjestopp på mappe-limet og forringe anleggets totale effektivitet.

For å opprettholde høy gjennomstrømning må roboten bevege seg raskt. Men når den beveger seg raskt, slutter den å samarbeide under standard makt- og kraftgrenser. Å løse dette paradokset krever å gå bort fra permanente hastighetsbegrensninger og omfavne dynamisk sikkerhetsovervåking.

Å bygge en kompatibel, høyhastighets, gjerdeløs palleteringscelle krever implementering av en avansert sikkerhetsstrategi kjent som Speed ​​and Separation Monitoring. Denne tilnærmingen er styrt av to internasjonale kjernestandarder som sikkerhetsrevisorer bruker for å evaluere fabrikkgulv.

ISO 10218-2: Robotsystemer og integrasjon

Denne standarden spesifiserer sikkerhetskrav for integrering av industrielle robotsystemer og celler. Den krever at det skal utføres en omfattende, dokumentert risikovurdering for hele installasjonen. Dette betyr at du ikke bare kan peke på et sertifikat som fulgte med robotarmen. Integratoren eller anleggseieren må evaluere armen, griperen, det fysiske miljøet og de spesifikke egenskapene til produktet som håndteres som et enkelt integrert system.

ISO/TS 15066: Collaborative Robots

Denne tekniske spesifikasjonen gir spesifikk, kvantitativ veiledning om samarbeidende robotoperasjoner. Det er avgjørende at den etablerer maksimalt tillatte kontaktkrefter for forskjellige områder av menneskekroppen, og deler kontakt i to kategorier:

• Forbigående kontakt:Dynamiske, kortvarige-påvirkninger der roboten treffer en menneskelig arbeider som står fritt til å bevege seg bort. Energien absorberes et øyeblikk, og de tillatte kraftterskelene er relativt høye fordi menneskekroppen kan rekylere fra støtet.
• Kvasi-statisk kontakt:Knusnings- eller klemfare der en menneskelig arbeider er fanget mellom den bevegelige roboten og en fast gjenstand, for eksempel en transportørramme, en strukturell søyle eller selve pallen. Fordi arbeideren ikke kan bevege seg bort, er de tillatte kraftterskelene usedvanlig lave, da risikoen for svekkende klemskader er høy.

Under disse retningslinjene kan du lovlig kjøre en automatisk palleteringsrobot med maksimal industriell hastighet uten harde gjerder, forutsatt at du installerer et overvåket sikkerhetssystem som opprettholder en beregnet beskyttende separasjonsavstand mellom roboten og menneskelige arbeidere. Hvis denne avstanden brytes, må systemet automatisk bremse eller stoppe før fysisk kontakt kan oppstå, og forhindre både forbigående og kvasi{1}}statiske kontakthendelser fullstendig.

Den mest effektive måten å oppnå samsvar med åpne-gulv og samtidig opprettholde høy gjennomstrømning, er ved å distribuere industrielle sikkerhetslaserskannere i bunnen av palleteringscellen. Disse skannerne projiserer et flatt,-flerlags infrarødt overvåkingsfelt over gulvet, og deler det åpne området rundt pallen i distinkte operasjonssoner.

Disse sonene kartlegges direkte inn i robotens sikkerhetskontroller ved hjelp av spesialiserte programvareprotokoller som opprettholder dobbel-kanalredundans for å forhindre et enkelt punkt med elektronisk feil. Cellen styrer menneskelig tilstedeværelse gjennom en trinnvis, automatisert hastighetsreduksjonsmatrise som balanserer sikkerhet

med driftskontinuitet.

Dynamisk sikkerhetsfeltsonematrise
 

Ved å bruke denne multi-tilnærmingen forblir cellen fullstendig kompatibel med ISO 10218-2. Operatører kan gå opp til pallestasjonen for å inspisere etiketter, sjekke limlinjer eller slippe av tomme pallebaser uten å tvinge fram en hard, manuell nødstopp som krever en langvarig elektrisk tilbakestilling og målsøking.

Beregning av sikker separasjonsavstand

For å tilfredsstille en sikkerhetsrevisor, kan de fysiske grensene for gule og røde soner ikke gjettes; de må beregnes basert på en industri-standardformel som tar i betraktning flere virkelige-tidsfaktorer:

1. Håndens-refleksjon eller tilnærmingshastighet:Standard ganghastighet for mennesker definert av sikkerhetsforskrifter er 1,6 meter per sekund. Hvis en operatør løper eller når raskt, kan det hende at denne grunnlinjen må justeres oppover under risikovurderingen.
2. Responstiden til skanneren:Den interne behandlingsforsinkelsen til laserskanneren, som representerer tiden det tar for enheten å oppdage en hindring og endre tilstanden til sikkerhetsutgangene.
3. Responstiden til sikkerhetskontrolløren:Tiden som kreves for robotens interne sikkerhets-PLS for å behandle stoppsignalet fra skanneren og beordre motordrevene til å kutte strømmen eller sette på bremser.
4. Robotens totale stoppdistanse:Den fysiske avstanden robotarmen tilbakeleggeretterbremsene er på. Dette er sterkt avhengig av armens maksimale hastighet, vekten til griperen og om den bærer en full pappbunt i øyeblikket av stoppsignalet.

Hvis en robot bruker et halvt-sekund på å stoppe helt når den bærer en tung last i full hastighet, og sikkerhetselektronikken introduserer en liten behandlingsforsinkelse, må den røde sonegrensen plasseres langt nok unna til å sikre at et menneske som går i normal hastighet ikke kan bygge bro over dette gapet før roboten oppnår absolutt stillstand.

En vanlig feil som fører til en mislykket sikkerhetsinspeksjon er å fokusere helt på robotarmen mens du ignorerer utformingen av ende-av-armverktøyet. Tradisjonelle pneumatiske -sideklemmegripere som brukes til å stable korrugerte bunter har høytrykkssylindere- som genererer betydelige knusekrefter. Hvis en arbeider legger hånden inn i en gjerdeløs celle og blir fanget i disse klemmene, kan det oppstå alvorlig skade, noe som representerer en kritisk kvasi-kontaktfare.

For å opprettholde et kompatibelt, åpent-gulvoppsett, må griperteknikken din inkludere spesifikke sikkerhetsfunksjoner som eliminerer eller reduserer disse mekaniske klempunktene.

Avrundet geometri og deformerbare kanter

Griperchassiset må være helt fritt for skarpe hjørner, synlige boltgjenger eller kniv-lignende platekanter. Alle utvendige aluminiums- eller stålplater bør ha hjørner med store radier. Videre bør ledende støtflater utstyres med myke, energiabsorberende støtfangere i polyuretanskum eller trykkfølsomme-sikkerhetskanter. Hvis disse sikkerhetskantene opplever en mindre kompresjon, sender de et øyeblikkelig avbruddssignal til robotkontrolleren, og stopper all bevegelse før destruktive krefter kan bygge seg opp mot et menneskelig lem.

Overvåket vakuummatrisefeil-Safe

Hvis cellen din bruker vakuum-basert plukking i stedet for mekaniske klemmer, bør verktøyet integrere uavhengige, doble-vakuumsensorer. En stor fare ved gjerdefri palletering er risikoen for at et produkt slipper ut i luften i løpet av en svingfase med høy-hastighet, og gjør en tung bunt til et farlig prosjektil.

Vakuumkontrollsystemet må ha integrerte tilbakeslagsventiler som opprettholder holdetrykket selv under et plutselig tap av trykkluft fra fabrikken. I tillegg, hvis sensorene oppdager et fall i vakuumeffektiviteten under en sikker driftsterskel, må roboten umiddelbart falle inn i en begrenset hastighetsmodus og utføre en lav{1}}høydekontrollert nedstigningsbane for å parkere den ustabile lasten på en sikker måte, og forhindre at den blir kastet utenfor det overvåkede skannerfotavtrykket.

Klyp-Pekkdekk

Alle synlige koblinger, saksemekanismer, pneumatiske sylinderstenger og mekaniske dreieledd på griperen må være fysisk isolert. Dette oppnås ved å installere beskyttende fleksible belg, neoprenomslag eller transparente polykarbonatskjold over de bevegelige mekanismene. Målet er å gjøre det fysisk umulig for en operatørs fingre å bli trukket inn i en mekanisk felle under verktøyets klem- eller aktiveringssekvenser.

En robotcelle uten-bur er bare så kompatibel som dokumentasjonen. Når en OSHA-inspektør eller intern bedriftssikkerhetsrevisor vurderer anlegget ditt, vil de ikke være fornøyd med muntlige forsikringer eller en enkel demonstrasjon av laserskannerne. De vil be om å få se systemets formelle Safety Case. For å sikre at anlegget ditt passerer uten bøter eller driftsstans, må integreringsteamet ditt levere en komplett, verifisert samsvarspakke.

Trinn 1: Det formelle risikovurderingsdokumentet

Dette dokumentet er et omfattende regneark eller rapport som fungerer som grunnlaget for din sikkerhetsoverholdelse. Den må systematisk liste opp alle potensielle farer som er identifisert i cellen under alle faser av driften-inkludert normal produksjon, fjerning av papirstopp, lære nye mønstre og utføre rutinemessig vedlikehold.

Et eksempel på oppføring i en kompatibel risikovurdering følger en strukturert sekvens:

• Identifisert fare:Innfanging eller knusing av en operatør mellom robotarmen og en betongkonstruksjonssøyle under en pallebytteoperasjon.
• Innledende risikonivå:Høy, på grunn av potensialet for alvorlige klemskader og cellens åpne natur.
• Begrensningsstrategi:Implementering av programvare-definerte sikkerhetsgrenser innenfor robotkontrolleren som fysisk begrenser armens artikulasjonsrekkevidde, noe som gjør det mekanisk umulig for armen å komme inn i klaringsrommet nær kolonnen.
• Restrisikonivå:Lav, da faren er konstruert ut av systemet via sertifisert sikkerhetsprogramvare.

Trinn 2: Stopp-Tidsmålingsvalidering

Sikkerhetsinspektører vil ofte kreve fysisk bevis på at de beregnede sikkerhetsavstandene dine samsvarer med den virkelige-verdens ytelse. Denne valideringen utføres

ved hjelp av et spesialisert- tredjepartsinstrument kalt en stopp-tidsmåler.

Under validering kjøres roboten med 100 % driftshastighet med maksimal nominell nyttelast. Testingeniøren bruker måleren til å utløse en sikkerhetsstopp samtidig som den måler den nøyaktige brøkdelen av et sekund og de nøyaktige millimeterne med bevegelse som kreves for at roboten skal oppnå absolutt null bevegelse. Disse fysiske testloggene må skrives ut, signeres og legges ved sikkerhetsfilen, som beviser at laserskannerens grenser er riktig plassert i forhold til menneskelige tilnærmingshastigheter.

Trinn 3: Biomekanisk kraft-Testing av dreiemoment

For systemer som er avhengige av kraft- og kraftbegrensning i visse soner, må spesialiserte støtmåleenheter- brukes for å validere samsvar med ISO/TS 15066. Disse enhetene bruker kalibrerte fjærer og elektroniske krafttransdusere designet for å etterligne bio-elastisiteten til menneskelig kjøtt og bein.

Testverktøyet plasseres i robotens bane, og roboten blir kommandert til å kollidere med det med dens utpekte samhandlingshastighet. Enheten registrerer både den maksimale slagkraften og den kontinuerlige knusekraften. Hvis de registrerte verdiene faller under de maksimale Newton-terskelverdiene som er etablert for menneskelig vevskontakt, bekreftes systemet som trygt for gjerdefri drift innenfor den spesifikke sonen.

Den siste komponenten for å opprettholde en kompatibel gjerdeløs palleteringscelle er det menneskelige elementet. Fordi det ikke er noen fysiske porter å låse opp, kan operatører lett utvikle en falsk følelse av sikkerhet rundt en samarbeidende robot, og glemme at det er et tungt industrielt maskineri. En robust overholdelsesstrategi må inkludere kontinuerlig operativ opplæring og klare visuelle signaler på anleggsgulvet.

Visuell gulvkartlegging

Mens laserskannere skaper usynlige sikkerhetsfelt, trenger menneskelige operatører klare visuelle indikatorer for å forstå hvor trygge soner slutter og farlige soner begynner. Det fysiske gulvet rundt cobot-palleteringsmaskinen bør males eller tapes for å matche skannerens interne sonematrise.

Lys gul skravering skal tydelig definere varselsonen der roboten vil bremse ned, og solide røde kanter skal markere den indre grensen der roboten vil utføre et hardt stopp. Dette gjør det mulig for gaffeltruckførere og gulvarbeidere å navigere rundt i cellen uten å forårsake utilsiktet produksjonsnedgang.

Operatørintervensjonsprotokoller

Operatører må få opplæring i hvordan de skal gå inn og ut av cellen på riktig måte for rutineoppgaver som etikettpåføring, kvalitetskontroller eller fjerning av en deformert pappbunt. I stedet for å bare gå inn i skannerfeltet og stole blindt på de automatiserte laserbremsingene, tilsier beste praksis bruk av en kontrollert pausefunksjon på det lokale operatørpanelet. Dette bringer roboten til en kontrollert stopp ved en utpekt hjemmeposisjon, slik at arbeideren kan fullføre oppgaven uten risiko for uventede bevegelser, og beskytter både den ansatte og den mekaniske integriteten til utstyret.

Å balansere høy-produksjonshastighet med åpent-gulvfleksibilitet er fullt oppnåelig, men det krever at man går forbi standarden-ut av--boksens fabrikkinnstillinger. Ved å designe cellen din rundt dynamiske laserskanningssoner, velge kompatibel gripermekanikk, opprettholde klar teknisk dokumentasjon og trene personalet på riktig måte, kan du maksimere anleggets effektivitet samtidig som du sikrer at anlegget ditt forblir fullt på linje med moderne internasjonale sikkerhetsstandarder.

Trenger hjelp til å velgerigght Robotic Palletizer for deg? ContaKontakt teamet vårt for en gratis konsultasjon basert på papirstørrelsen og produksjonsvolumkravene dine.