Mens en machine werken veilig samen dankzij de combinatie van de Flexi Soft veiligheidsinterface met geïntegreerde motion controller en S300 mini veiligheidsscanner

Machineveiligheid versus productiviteit - in semi-automatische applicaties, waar mens en machine nauw samenwerken, zal het altijd een belangrijk thema blijven. VPS Engineering uit Machelen-Zulte is er bij de ontwikkeling van een manipulator om wielen te monteren op auto's in geslaagd om beide aspecten te combineren door gebruik te maken van de nieuwe Motion Control Monitor MOC uit het Flexi Soft safety controller gamma. Klant Nedcar was uiterst tevreden met het resultaat.

VPS Engineering is een jong bedrijf gespecialiseerd in de machinebouw, dat zich toelegt op de meer complexe en hoogtechnologische uitdagingen. Zaakvoerder Steven Van Parys startte die activiteit een aantal jaren geleden als zelfstandige in bijberoep. Hij concentreerde zich in eerste instantie op het mechanisch ontwerp, maar omdat klanten steeds vaker vroegen om die machines ook effectief te bouwen, werd in 2011 het bedrijf VPS Engineering opgericht. Vandaag werken er al vijf ingenieurs en is de zoektocht naar een zesde medewerker gestart.

"We onderscheiden ons door te focussen op speciale machines waarvoor nog geen pasklare oplossing op de markt gevonden kan worden", zegt Steven Van Parys. "We krijgen een bepaalde vraag van een klant, bedenken een concept, doen het volledige ontwerp en bouwen de machine. De ingenieur die een ontwerp getekend heeft, zal nadien ook mee werken bij de assemblage. Dat geeft extra voldoening, maar zorgt er ook voor dat altijd getekend wordt met de assemblage in het achterhoofd. Communicatieproblemen tussen ontwerpers en de productievloer zijn bij ons niet mogelijk."

De passie voor technologie en een pragmatische, resultaatsgerichte aanpak hebben het bedrijf in korte tijd een indrukwekkende klantenlijst opgeleverd, met heel wat gekende namen uit de industrie, vooral ook uit de automobielsector. Zo ontwikkelde VPS Engineering recent nog een installatie voor Nedcar in Nederland, voor het semi-automatisch monteren van wielen op auto's. De machine maakt deel uit van de nieuwe productielijn waarmee vanaf 1 juni Mini Coopers geassembleerd zullen worden.
 

De machine is een knap staaltje mechatronica zowel wat mechanica, aandrijving als machineveiligheid betreft. Wielen die op een conveyor in sequentie toekomen, worden één voor één van elkaar gescheiden, gekanteld en in een manipulator geplaatst. Die manipulator verplaatst zich in hoge snelheid langs de productielijn tot het wiel gesynchroniseerd is met de auto waarop het gemonteerd moet worden. Daar neemt een operator het over door het wiel precies te positioneren en de bouten in te draaien. Het vastzetten van de bouten op koppel gebeurt met een tweede machine die langs boven ter hoogte van het wiel gebracht wordt. De manipulator voor de wielen gaat ondertussen aan hoge snelheid terug naar het vertrekpunt om een volgend wiel te nemen en te synchroniseren met het chassis, wat gebeurd moet zijn tegen dat de operator klaar is met het monteren van het eerste wiel.

De auto's op de band passeren de werkpost aan zo'n 10 m/min. Om de wielen één voor één aan te brengen zonder dat de band moet wachten, krijgt de manipulator voor elke wagen 50 sec, waardoor de snelheid kan oplopen tot 40 m/min.

De sturing van de manipulator meet de snelheid van de band met behulp van een encoder en detecteert op een bepaalde positie wanneer er een auto voorbijkomt. Op basis daarvan kan berekend worden waar de manipulator de banden naar toe moet brengen. De manipulator verplaatst zich aan hoge snelheid om de auto op de band eerst in te halen en gaat dan over op de snelheid van de auto's om het wiel synchroon te houden met de positie waar het gemonteerd moet worden.

Een bijkomende uitdaging is dat er een operator aanwezig is in het werkgebied van de manipulator. Om dat veilig te laten verlopen, krijgt de machine een verlaagde snelheid zodra mens en machine te dicht bij elkaar komen. De manipulator werd uitgerust met een S300 mini veiligheidsscanner die detecteert wanneer er iemand in een afgebakende zone rond de bewegende machine komt. Zodra dat het geval is reduceert de PLC de snelheid tot 16 m/min en wordt een signaal gegeven dat de operator duidelijk maakt dat hij zich te dicht bij bevindt. Zodra de operator uit de veiligheidszone is, kan de snelheid weer verhoogd worden zodat de manipulator zich alsnog kan synchroniseren met de productielijn. Om deze veiligheidsfunctie te bewaken maakt VPS Engineering gebruik van de Flexi Soft safety controller van SICK, uitgerust met de FX3-MOC Drive Monitor. Die krijgt net als de gewone PLC het signaal van de S300mini veiligheidsscanner en controleert of de snelheid effectief verlaagd is zodra zich een onveilige toestand voordoet. Als dat niet het geval zou zijn, valt de manipulator stil en wordt het aandrijfwiel ontkoppeld zodat niemand geklemd kan raken. Het voordeel van het gebruik van de Flexi Soft designer software is uiteraard de hogere flexibiliteit in vergelijking met het gebruik van andere safety systemen en de eenvoudige manier waarop extra logica geïmplementeerd kan worden. Deze software is trouwens gratis te downloaden op www.sens-control.com.

In deze toepassing heeft men bijvoorbeeld een bijkomend probleem op het moment dat de wielen vastgeschroefd worden omdat de manipulator op dat moment fysiek verbonden is met de productielijn. Het betekent dat bij de detectie van een botsing op dat moment niet alleen de manipulator maar ook de ganse lijn stilgelegd moet worden. Via de safety controller Flexi Soft kan dat eenvoudig geprogrammeerd worden en kan het nodige veiligheidssignaal gegeven worden aan de bovenliggende sturing van de lijn zelf. Op andere momenten werkt de manipulator volledig onafhankelijk van de lijn en krijgt de sturing via sensoren informatie over de toestand ervan.

De MOC module – wat staat voor Motion Control – maakt het mogelijk om via het concept met verlaagde snelheid te voldoen aan de wettelijke bepalingen inzake machineveiligheid. Een volledige afscherming is in een project van semi-automatisering niet mogelijk. De operator moet nu eenmaal bij de manipulator kunnen komen om de bouten van de wielen in te schroeven. De machine telkens in een complete noodstop brengen wanneer een aanvaring dreigt zou dan weer zeer nadelig zijn voor de productiviteit. Het systeem met verlaagde snelheid maakt dat het risico op ongelukken vermeden kan worden terwijl er toch nog voldoende ruimte is voor de machine om te blijven functioneren en de opgelegde cyclustijden te halen.
De Flexi Soft  safety controller heeft in deze toepassing een 20-tal ingangen en kan via ProfiNet communiceren met de hoger gelegen sturing van de productielijn zelf. Een bijkomend voordeel van de safety controller is dat de ingenieurs bij VPS Engineering voor diagnose vanop afstand kunnen inloggen in het systeem, net zoals men dat doet bij de standaard PLC. Dit alles garandeert een hoge beschikbaarheid van de installatie en een perfect evenwicht tussen veiligheid en productiviteit.