Munkavédelem a gépgyártásban

2014

Munkavédelem robotosított munkaterületeken

Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar

Mechatronikai és Autótechnikai Intézet

Pintér Péter Mihály

Email : pinter.peterm@uni-obuda.bgk.hu

Szoba : A28

Robotosított munkahelyek:

• robotok igen elterjedtek az ipar számos területén,

• megbízhatóan végeznek az ember számára monoton, unalmas munkákat.

• a legtöbb ipari robot az autóalkatrész-gyártásban, valamint az elektronikai, a műanyag, és vegyiparban tevékenykedik, ahol főleg hegesztésre, festésre, szerelésre, rakodási munkálatokra használják őket.

Robot fogalma:

• 21. századra elfogadottá váló csoportosítási elvek szerint a robotokat a jellemző alkalmazási területük szerint soroljuk csoportokba:

• ipari robot, • szerviz robot, • személyi/házi robot (beleértve a humanoid robotokat is), • mentő/mentesítő robot• űrrobot.

• A legrégebb óta, az 1960-as évektől használt robottípus az ipari robot

• 10 nemzetközi szabvány foglalkozik az ipari robotokkal

• Az „MSZ EN ISO 9283:2002 Anyagkezelő ipari robotok.

Képességjellemzők és vizsgálati módszerek” című szabvány szerint ipari robotoknak azokat a szabadon programozható,többcélú mechanizmusokat nevezzük, amelyek anyag, alkatrész, szerszám vagy egyéb eszköz egyszerűen változtatható program szerinti mozgatását, térbeli helyzetének megváltoztatását vagy megtartását, megfogását vagy elengedését, vagyis manipulálását végzik

Ipari robotok alkalmazási területei (2006-os felmérés )

• Szerelési feladatok megoldása. A legtöbb ipari robotot, az összes ipari 33%-t (2000-ben: 22%) szerelésre használják.

• A második Legáltalánosabb alkalmazási terület az ív- és ponthegesztés, az ipari robotok mintegy 25%-át(2000-ben: 24%)ezen munkafázisok végrehajtására alkalmazzák

• Gépkiszolgáló, anyagkezelő robotok. Szintén általános alkalmazás a gyártócellákban, gyártórendszerekben működő, a különböző alkatrészeket, egységeket szállító, valamint a munkadarabokat, szerszámokat cserélő robotegységek. Gyakoriságuk 2000-ben 12% volt

• Megmunkáló robotok. Az alkalmazásra kerülő robotok előnyei, hogy olcsóbbak, mint a hasonló műveletek megvalósítására képest szerszámgépek, hátrányuk azonban, hogy forgácsolási,gyártási lehetőségeik jelentős mértékben korlátozva vannak. Gyakoriságuk 2000-ben 7% volt

• Palettázó/csomagoló robotok: A korszerű logisztikai rendszerek igényelte egységrakományok képzésére és kezelésére szolgáló, többnyire vákuumos megfogókkal felszerelt, kis helyigényű, nagy teherbírású, nagy munkaterű robotok. Gyakoriságuk 2000-ben 3% volt.

Ipari robotok alaptípusai:

Az ipari (soros kialakítású) robotokat az első három csukló elrendezése alapján a következő öt

csoportba sorolják:Hasáb munkaterű ipari robot:

• Csak lineáris mozgástengelyekkel rendelkezik.

• Egyszerű vezérlésű, általában nagy, hasáb alakú munkatérrel rendelkező egység.

• Átrakási műveletekhez általánosan alkalmazott robottípus (szerszámgépek kiszolgálása, egységek szállítása)

Hengerkoordinátás robot.

• A robottípus egy rotációs és két transzlációs mozgástengellyel rendelkezik.

• Henger-alapú hasáb munkaterű, leggyakrabban szállítási feladatokra alkalmazzák.

Gömbkoordinátás robot.

• Egy transzlációs és két rotációs mozgástengellyel rendelkező, gömb-alapú munkatérrel rendelkező, kisebb szállítási feladatokra alkalmazásra kerülő robottípus.

Humanoid robot.

• Kizárólag rotációs mozgástengelyekkel rendelkező, univerzálisan alkalmazható, közkedvelt robottípus. Munkatere méreteihez képest jelentős, az ipari robotok mintegy 40%-a humanoid jellegű.

• SCARA robot. • A nagy precizitást igénylő szerelési műveletekhez

alkalmazzák a két rotációs- és egy transzlációs tengellyel rendelkező SCARA (szelektív engedékenységű robot kar) robotokat.

• Nagy működési sebesség és nagy ismétlési pontosság jellemzi.

Párhuzamos kinematikájú robotok

• kedvező merevségi tulajdonságuk miatt egyre jobban terjednek megmunkálási feladatok ellátásában.

• Az ipari robotokkal kapcsolatos munkavédelmi előírások éppoly szerteágazóak, mint az ipari robotok felhasználási területei.

• Más-más biztonságtechnikai előírások vonatkoznak szerelő ill. hegesztőrobotokra, kis ill. nagyméretű robotszerkezetekre, stb.

• Az általános, robotokra vonatkozó előírások és védőeszközök, védőberendezések áttekintése előtt vizsgáljuk meg, mik is az általános munkavédelmi célok, miért van szükség szigorú munkavédelmi előírásokra.

Egy ipari robot több tényező miatt is fokozottan veszélyes eszköznek minősül:

A környezetre nézve, valamely biztonságtechnológiai szempontból, veszélyes tevékenységet végez:

• Tűzveszélyes munkák esetén (hegesztés)

• Egészségre ártalmas anyagokkal való munkavégzés esetén (festés)

• Nehéz tárgyak mozgatása esetén (rakodás)

A robot saját alkotóelemei miatt:

– Magas feszültségű gép

– Pneumatikus, hidraulikus elemeket tartalmazó berendezés

– Nagy erővel, gyors mozgásokat végző manipulátor

Hegesztő robotok:

• A hegesztőrobotok biztonságtechnikai kérdéseit – mint általában a technológiai robotoknál szokásos – szét kell választani, a robotosított technológiára (hegesztésre) vonatkozó és magára a robotra, vonatkozó előírásokra.

• A robotállomás üzemeltetésekor mindkét előíráscsoportot egyenértékűen kell kezelni.

A robotosított technológia biztonságtechnikája

• A hegesztőrobotok alkalmazásakor a robotállomás kialakításánál gondoskodni kell a robotkezelő és a környezet megfelelő (pl. hegesztőív fénysugárzás, hegesztési füst elleni) védelméről.

• Az erre vonatkozóan értelemszerűen kell alkalmazni a Hegesztési Biztonsági Szabályzat előírásait.

Robot biztonságtechnika

• Az ipari robotok biztonságtechnikájával az MSZ EN 775 részletesen foglalkozik az alábbi témakörök szerint (az általános fogalom meghatározásokon és áttekintésen túlmenően):

• • Általános kialakítási követelmények• • A robot tervezése és kialakítása• • A robotrendszer tervezése és műszaki

védőintézkedései• • Üzemeltetés• • Telepítés, üzembe helyezés és üzemi próba• • Dokumentáció• • Oktatás

• Új robotrendszer beszerzése esetén a robot gyártója tanúsítja, hogy a berendezés gyártása és kialakítása megfelel a vonatkozó előírásoknak, mely többek között az ebben a szabványban foglaltak kielégítését is jelenti.

• Használt robotrendszer beszerzése esetén azonban a beszerzési forrástól függően (mely többnyire nem a robot gyártója) a felhasználón múlik és annak felelőssége a robot biztonságos üzemeltetéséhez a megfelelő feltételek kialakítása. Ehhez ismerni kell az erre vonatkozó előírásokat és szempontokat.

• MSZ EN 292-1:1993 Gépek biztonsága. Alapfogalmak, a kialakítás általános elvei 1. rész: fogalom meghatározások, módszertan

• MSZ EN 292-2:1991/A1:1997 Gépek biztonsága. Alapfogalmak, a kialakítás általános elvei. 2. rész: Műszaki alapelvek és általános előírások

• MSZ EN 292-2:1993 Gépek biztonsága. Alapfogalmak, a kialakítás általános elvei. 2. rész: Műszaki alapelvek és előírások

• MSZ EN 294:1994 Gépek biztonsága. Biztonsági távolságok a veszélyes helyek felső testrésszel való elérése ellen

• MSZ EN 349:1993 Gépek biztonsága. Legkisebb távolságok a testrészek összenyomódásának Elkerüléséhez

• MSZ EN 418:1993 Gépek biztonsága. Vészkikapcsoló berendezések működési szempontjai. A kialakítás elvei

• MSZ EN 574 Gépek biztonsága. Kétkezes kapcsolók. Működési szempontok, kialakítási Irányelvek

• MSZ EN 775:1999 Ipari robotok biztonságsátgtechnikája• MSZ EN 811:1997 Gépek biztonsága. Biztonsági távolságok a veszélyes

helyek alsó testrésszel való elérése ellen Fémek hegesztett kötéseinek roncsolásos vizsgálata.

• MSZ EN 953:1999 Gépek biztonsága. Védőburkolatok. Rögzíthető és nyitható védőburkolatok kialakításának és beépítésének általános követelményei

• MSZ EN 954-1:1999 Gépek biztonsága. Vezérlő rendszerek biztonságával összefüggő szerkezeti Részek 1. rész: A kialakítás általános elvei

• MSZ EN 50081-2:1994 Elektromágneses összeférhetőség. Általános zavarkibocsátási szabvány 2. rész ipari környezet

• MSZ EN 982:1997 Hidraulika Gépek biztonsága. Fluidtechnikai berendezések és szerkezeti elemeik biztonsági követelményei

• MSZ EN 983:1997 Pneumatika. Gépek biztonsága. Fluidtechnikai berendezések és szerkezeti elemeik biztonsági követelményei

• MSZ EN 1037:1997 Gépek biztonsága. A váratlan indítás megelőzése• MSZ EN 60204-1:1995 Gépi berendezések biztonsága. Gépek villamos

szerkezetei. rész: Általános előírások• MSZ EN 50082-2:1997 Elektromágneses összeférhetőség (EMC). Általános

zavartűrési szabvány. 2. rész: Ipari környezet

Biztonságot biztosító eszközök, berendezések:

• Az ipari robotok munkaterülete jól meghatározható geometriai tér.

• Ez alapján szokás kijelölni a robot biztonsági zónáját. • A robot biztonsági területén belül ember nem

tartózkodhat, kivéve szerelés és karbantartási munkálatok esetén.

• Ennek a területnek a megközelítését az üzemi előírásokon túl védőfallal, védőkerítéssel is el kell látni.

Védőfallal ellátott hegesztőrobot

• A biztonsági védőfal nagy előnye, hogy egyszerre biztosítja a biztonságos ember-gép távolságot, a veszélyesnek megállapított helyek elérhetetlenségét, egyértelműen és jól láthatóan kijelöli a biztonsági zónát, védelmet biztosít a kirepülő darabok, forgács ellen.

• Az ipari robotokkal kapcsolatos legtöbb biztonsági berendezés azt szolgálja, hogy ne lehessen megsérteni a biztonsági zónát illetve, hogyha a biztonsági zónában rendellenesség, szabálytalanság lép fel a rendszer azonnal leállítható, áramtalanítható legyen.

• Ezek a biztonsági berendezések a robot vezérlésétől független biztonsági rendszerhez csatlakoznak.

Vészleállító gombok:

• A vészleállító gombok feladata, hogy a robotosított munkaterület bármely pillanatban áramtalanítható, az éppen zajló folyamatok megállíthatóak legyenek.

• A legnagyobb prioritással bír a biztonsági áramkörben.

• Amennyiben egy ipari robot biztonsági területe több irányból is megközelíthető, több vészleállító gomb elhelyezése szükséges, szám szerint annyi, amennyi a „bejáratok” száma.

• A vészleállító gomb elhelyezkedésének jól látható, könnyen megközelíthetőnek kell lennie, mindig a biztonsági védőfalon kívül.

Vészmegállító és biztonsági kapu

A vészmegállítónak 0-ás kategóriájú leállítóként (leállítás a gép indítószerkezetének azonnali áramtalanításával) vagy 1-es kategóriájú leállítóként (vezérelt leállás, áramtalanítás a gép megállása után) kell működnie.

A vészmegállító típusát a berendezés kockázati elemzése (EN 954) határozza meg.

Azonban csak huzalozott elektromechanikus összetevők használhatók. Működése nem függhet elektronikus logikai áramköröktől vagy adatkapcsolaton keresztüli parancsátadástól.

A PNOZ és PST relék kipróbált áramköröket tartalmaznak: ezek az elektromechanikus áramkörök már több száz alkalmazásban szerepeltek.

Beépített redundanciával tervezték, vagyis több párhuzamosan alkalmazott relé vagy érintkező gondoskodik arról, hogy az egyik meghibásodása esetén egy másik ellássa a biztonsági funkciót.

A relé speciális kábelezése és az alaphelyzet-visszaállító gomb csatlakozása indításkor automatikus működési tesztet tesz lehetővé.

Biztonsági ajtóérzékelők

• A biztonsági ajtóérzékelők feladata, hogy a robot megközelíthetőségét biztosító ajtók csukva maradjanak üzemi funkcionálás közben.

• Minden esetben elektromechanikus berendezések, melyek jelzést adnak illegális ajtónyitás esetén.

• Üzem közbeni ajtónyitás hatására a vész-állj funkcióval egyenértékű állapotnak kell beállnia, az éppen zajló folyamatoknak meg kell állniuk, a feszültségeknek le kell esniük.

• A biztonsági ajtóérzékelők kijátszását szigorú előírásokkal kell tiltani minden dolgozó számára.

4-es kategóriájú gondozásmentes biztonsági ajtóérzékelő

• Biztonsági fénysorompók:

• A fénysorompók feladata, hogy a robot munkaterületére illetéktelenül belépőket megakadályozza az olyan területeken, ahol nem található biztonsági védőfal.

• Ilyen helyek lehetnek a nyersanyag kiszolgálást biztosító futószalagok vagy más kiszolgáló berendezések bemenetei, ahol a nyersanyagon kívül más illetéktelen tárgyak, személyek is bejuthatnak a robot munkaterületére.

• A nyersanyag beadagolásakor a fénykaput egy megszakító relé hatástalanítja, a munkadarab elhaladttával az érzékelők újraaktivizálódnak.

• Illetéktelen behatolás esetén a vészállj funkció lép érvénybe a biztonsági áramkörben.

• A tiltás ideiglenes, automatikus és az egyik elektroszenzitív védőberendezés (ESPE) biztonságos áthidalásával lehetővé teszi az anyagok ki- és beszállítását a veszélyes területre.

• Ezért a veszélyes terület bemeneti/kimeneti részén 2 vagy 4 tiltó érzékelő kerül telepítésre olyan elrendezésben, hogy csak az anyag aktiválja az érzékelőket.

• Az aktiválás után a tiltó rendszer elindítja a tiltási ciklust arra az időre, ameddig az anyag áthalad a védelmi mezőn.

Fénykapu tiltásvezérlő

• A kezelő nem aktiválhatja a tiltó érzékelőket ilyen módon, a veszélyes területre lépéssel pedig elindítja a berendezés veszélyes mozgásának lekapcsolását.

• A tiltó rendszer bekapcsolja a tiltási lámpát arra az időre, ameddig az anyag áthalad a védelmi mezőn.

• Az eszköz figyeli a tiltó lámpa spirálisan tekercselt világítószálát, akkor is, ha a tiltás még nem indult el.

• Ha a spiráltekercs hibás vagy a lámpa nem érintkezik, a PMUT átkapcsol egy második lámpára.

• Ha ez is hibás, az eszköz zavar állapotba kerül és lekapcsolja a biztonsági kimenetet.

• A tiltás az elektroszenzitív védelmi rendszer (EN 61496-1 A.7) működésének biztonságos, automatikus és ideiglenes felfüggesztése.

• A tiltást leggyakrabban az anyagok veszélyes területre történő be- és kiszállításakor alkalmazzák.

• A tiltásérzékelők az ilyen anyag biztonságos érzékelésére szolgálnak.

• Leggyakrabban fénysorompók vagy fényfüggönyök ideiglenes kiiktatására alkalmazzák.

• Ezt az állapotot a tiltáslámpa jelzi.

Tiltásvezérlő, EN 954-1 szabvány 4-es kategória PMUT X1P Jellemzők

4 bemenet tiltásérzékelőknek. Figyeli a tiltáslámpákat.

Átkapcsolás a tiltáslámpák között. Tiltás üzemmód: soros vagy párhuzamos.

A szimultán működés figyelése. 5 félvezető kimenet.

Alaphelyzeti bemenet. Kulcsos bekapcsolási funkció hibaállapot után.

LEDes állapotjelzők. Dugaszolható sorkapcsok:

• Programozható biztonsági relé:

• A programozható biztonsági relé a biztonsági áramkör „lelke”.

• Ez az egység érzékeli a biztonsági berendezésektől érkező jeleket és tiltja le a rendszer áramellátását.

• Szintén ez az egység ad lehetőséget a biztonsági rendszer felülbírálásához karbantartási, javítási feladatok elvégzésének céljából (kulcsos kapcsoló hatására).

• A biztonsági rendszer telepítését minden esetben érdemes biztonságtechnikai szakemberre bízni.

Elektroszenzitív védőberendezés (ESPE):

fénysorompók, fényőrök, fényfüggönyök • Az elektroszenzitív védőberendezés (ESPE) kifejezés

olyan optikai rendszereket jelöl, melyek a veszélyes terület előtt olyan elrendezésben helyezkednek el, hogy bármely közelítő objektumot (pl. egy személy) érzékeljenek, és leállítsák a veszélyes mozgást.

• A biztonsági fénysorompót úgy kell elhelyezni, hogy ha a fénysugár megszakadjon a veszélyes mozgás során, a veszélyes területet csak akkor lehessen megközelíteni, ha a veszélyes mozgás már megszűnt.

• Az ESPE helyét úgy kell megválasztani a berendezésen, hogy ne lehessen a veszélyes területre jutni a védett mezőn való áthaladás nélkül.

• Nem megengedhető, hogy az eszköz felett, alatt, körül vagy mögött el lehessen haladni.

Az EN 954-1 szabvány 4-es kategóriájába tartozó

vészmegállító relé és biztonsági kapufigyelő

Jellemzők

• Az alaphelyzet visszaállítása választhatóan kézi, felügyelt vagy automatikus.

• Egy- vagy kétcsatornás működtetés, rövidzár észlelésével vagy anélkül.

Biztonsági szőnyegek

• A biztonsági vagy nyomásérzékeny szőnyegek egyedülálló eszközök, amelyek jelzés esetén engedélyező (positive-guided) helyett jelzés esetén tiltó vezérlésűek.

• Éppen ezért a biztonsági szőnyegeket főleg a biztonsági zóna megkerülése ellen alkalmazzák.

• Ez azt jelenti, hogy a biztonsági zóna határát ESPE figyeli, az azon túleső területet pedig egy biztonsági szőnyeg.

Az üzemeltető személyzettel kapcsolatos követelmények

• A tapasztalatok alapján ugyanis a robotok üzemeltetése során esetlegesen bekövetkező baleseteknek 90%-ban emberi mulasztás az oka.

• Az ívhegesztő robotokat üzemeltető személyzettel szemben támasztott követelményeket egy 1999-ben megjelent AWS szabvány [4] példaértékűen foglalja össze.

• A szabvány által 4 szintbe sorolt személyzet minden egyes szintjén elsődlegesek a hegesztési ismeretek (természetesen különböző mélységben).

• Ezt kell a munkakörnek megfelelő szinten integrálni a robot üzemeltetésével kapcsolatos ismeretanyaggal.

• Mivel ez utóbbira vonatkozóan az ismeretanyag többségét a konkrét rendszerre vonatkozó információk teszik ki, az erre irányuló képzést a robot gyártó cégének szakembereivel célszerű elvégeztetni.

• A robotot üzemeltető személyzet képzését nem szabad befejezettnek tekinteni a robotállomás beüzemelésekor végzett oktatással.

• A robot biztonságos és hatékony működtetése érdekében a személyzet ismereteinek frissítését rendszeres időközönként számonkéréssel is kiegészítve fontos végez(tet)ni.