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Section: Machinebouw
Beveiligingssysteem voor laserbewerking
Voor Hansgrohe AG, de grootste douchefabrikant
van Europa gevestigd in Schiltach/BRD, spelen veiligheid en productiviteit een
uitermate belangrijke rol. Dit geldt zeker voor de GSI-Lumonics, een machine die
laserbewerkingen uitvoert en die onlangs werd geïnstalleerd. Hiermee worden de
diepgetrokken onderplaatjes in roestvrij staal voor mengkranen en muurhaakjes
uitgesneden en met een CO2-laser gelast.
Version
française
Bij laserbewerkingsproces dient
men de gebruikers te beveiligen tegen het gevaar op kneuswonden bij het invoeren
van de onderdelen en moet men tevens, door toepassing van de geschikte
beveiligingsmaatregelen, de risicoklasse 4 herleiden tot klasse 1. Ptm-Autech,
de dochtermaatschappij in het zuiden van Duitsland van de Zweedse producent van
beveiligingscomponenten Jokab Safety, is erin geslaagd een totaaloplossing te
ontwikkelen in samenwerking met de fabrikant van de machine, die volledig
voldoet aan alle beveiligingsvereisten, de productiviteit van de apparatuur met
100 % verhoogt en de omvang van de machine halveert. Het bovenste deel en de
omtrek van de bewerkingsmachine met een CO2-laserstraal, zijn beveiligd door een
mechanisch en optisch behuizingsysteem ontworpen met behulp van de SafeCAD
software. Met dit software-instrument, speciaal ontworpen voor Jokab Safety en
met méér functies dan AutoCAD R14, wordt het ontwerpen van beveiligde zones
eenvoudig en goedkoop. Het biedt bovendien tekeningen en montage-instructies aan
voor de behuizingsystemen. De beschermingspanelen in polycarbonaat, geproduceerd
door Lexan, slorpen onmiddellijk alle straling van de CO2-laser op. Het
beveiligingssysteem en de controle- en bedieningseenheid zijn ook voorzien van
een JSC14 beveiligingsgordijn, van 24 veiligheidsrelais RT6 en RT9 en ook van 9
magnetische veiligheidssensoren JSNY7 van de Zweedse fabrikant.
Uitrustingsconcept verhoogt de productiviteit
De lasermachine heeft tot
taak de overbodige dieptrekranden te verwijderen van de onderplaatjes voor
mengkranen en muurhaakjes en ze vervolgens te lassen. De werkzone is opgedeeld
in 3 sectoren met behulp van getinte, mobiele panelen in Lexaan. De positie van
deze panelen wordt gecontroleerd door magnetische sensoren van de hoogste
veiligheidsklasse 4: 1 voor de centrale zone voor laserbewerking en 2 voor de
begin- en eindzones voor het invoeren en afladen. Eén van de onderdelen die de
productmanager en hightech-deskundige Richard Liebe en de constructeur Robert
Harter met trots vervult, is de pendeltafel waarmee ze de productiviteit met 100
% verhogen ten opzichte van het vorig model en waardoor het toestel nog maar de
helft van zijn omvang heeft.
Uitsnijden en lassen met een hoogintensieve
laserstraal
De kern van de laserbewerkingsmachine,
bestaat uit een laser met een CO2-straal van klasse 4 met een golflengte van
10,6 µm. De oorspronkelijke straal heeft een doorsnede van 22 mm en wordt met
een lens gebundeld tot 0,1 mm. Wanneer de straal op materialen inwerkt, kunnen
er stralen in alle richtingen weerkaatsen. Voor een afdoende beveiliging tegen
hoogintensieve laserstralen moet men een beroep doen op een behuizingsysteem dat
de dodelijke laserstralen volledig opslorpt. Deze passieve beveiliging wordt
bewerkstelligd door cabines en panelen in Lexaan, van Jokab Safety, en ontworpen
met SafeCAD. De uitrusting voldoet dus aan de veiligheidsnormen voor klasse 1 en
houdt geen enkel gevaar in voor de gebruikers.
Actieve beveiliging
Wanneer de gebruiker de
onderdelen in roestvrij staal in de matrijs plaatst, onderbreekt hij het
optische beveiligingsgordijn waardoor de druk op de cilinder van het
opspanmechanisme afneemt. Zo is het gevaar op kneuswonden onbestaand. Nadat de
gebruiker zich heeft teruggetrokken uit het detectieveld van 1,5 m hoog, drukt
hij op een ontgrendelingsdrukknop om de startknop te kunnen activeren. Na het
activeren van deze startknop worden de onderdelen pneumatisch geklemd en
vervoerd tot in de zone waar de laserbewerking plaatsvindt en waar de
bewerkingsposities door een magnetische detector worden gecontroleerd. Als de
pendeltafel beweegt, opent ze het magnetisch contact dat het veiligheidsgordijn
weer inschakelt. Wanneer het veiligheidsgordijn in deze toestand onderbroken
wordt, dan stopt de PLC (S5 van Siemens) alle CNC-aandrijfassen en vermindert
hij de druk op de opspancilinders. Wanneer men de afgewerkte onderdelen uit de
machine haalt, wordt de volgende cyclus geactiveerd. Het openen van de afsluiter
en het activeren van de laserstraal zijn enkel mogelijk als alle
behuizingonderdelen zich in gesloten stand bevinden.
Bewerking van omvangrijke onderdelen
In dit geval verloopt het
proces in één beweging en wordt de volledige werkzone als 1 enkele zone
gebruikt. De beveiligingspanelen voor de laseruitrusting worden naar de twee
uiteinden geduwd en worden in die eindpositie gecontroleerd. De installatie is
slechts operationeel als de veiligheidsrelais het tweewegssignaal van de
magnetische sensoren hebben ontvangen. Vervolgens beveiligt een voordeur de
volledige werkzone. Deze deur bestaat uit twee delen en is elektrisch gestuurd.
De boven- en onderhelft ervan sluiten zich halverwege horizontaal aan. Wanneer
de voordeur uit de eindpositie komt, dan wordt dat door de magnetische sensoren
doorgeseind aan de uitrusting voor veiligheidscontrole en vervolgens wordt deze
zone beveiligd door een lichtgordijn. Als men in de beveiligde zone dringt,
wordt de sluitbeweging van de voordeur omgekeerd om kneuswonden te voorkomen.
Onderdelen van veiligheidsklasse 4
Om conform te zijn aan de
Europese veiligheidsnormen (bijvoorbeeld prEN 954) en om ongeoorloofde toegang
onmogelijk te maken, werd de lasermachine uitgerust met een behuizingsysteem,
ontworpen op een computer voorzien van SafeCAD-software en samengesteld uit
profiellijsten en assemblageonderdelen in aluminium alsmede doorzichtige panelen
in Lexaan. De RT6 veiligheidsrelais kan instaan voor de bewaking van de
veiligheidsonderdelen zowel als van de interne veiligheid van een machine.
Dankzij de 5 invoermogelijkheden kan men het veiligheidsniveau afstellen in
functie van het soort toepassing. De universele relais van 45 mm breed kan
worden gebruikt met 1 of 2 kanalen en met een automatisch of manueel bediende
ontgrendeling. Met de testinvoer kan men externe contactoren controleren. Naast
3 NG uitgangen en 1 NO uitgang, beschikt de relais over twee transistoruitgangen
die aangeven of een deur open of dicht is en of de beveiligingsfunctie opnieuw
moet worden ingeschakeld. Het veiligheidsgordijn JSC14 heeft een
doorsnede van slecht 55 mm x 52 mm en een resolutie van 14 mm en is uiterst
geschikt voor de bescherming van de vingers. De permanente zelfcontrole voldoet
aan de vereisten van veiligheidscategorie 4, overeenkomstig norm EN 61496-1/-2
of IEC 1496-1/-2. De beschermde hoogte is 150 tot 1800 mm en het bereik bedraagt
0,3 tot 6 m. De stevige structuur van het optische beveiligingsgordijn, voorzien
van twee uitgangen met halfgeleiders beveiligd tegen kortsluiting, werkt met 24
Vcc ongeveer op 20 % en maakt een ontgrendeling mogelijk met behulp van een
veiligheidsrelais RT6. Dankzij de hoge ongevoeligheid voor omgevingsverlichting
en de dubbele, selecteerbare aftasting is het gordijn ideaal voor toepassingen
zoals puntlassen en booglassen met laserstralen. De magnetische schakelaar is
waterdicht en stofbestendig. Hij werd ontworpen en goedgekeurd voor de hoogste
veiligheidsklasse en bewaakt de beschermingsroosters, de ophefdeuren, de
behuizingen en ook de posities. Hij is volledig beveiligd tegen verkeerd gebruik
omdat hij slechts kan worden aangeschakeld met bijhorende, gecodeerde magneet.
De compacte elektronische schakelaar met een NO contact en een NG contact wordt
gecontroleerd door de veiligheidsrelais van de reeks RT6.
Selectiecriteria en voordelen
Naast het conform maken
met de veiligheidsnormen inzake machines, eiste Richard Liebe, productmanager en
hightech-deskundige voor Hansgrohe AG, dat er nog aan 4 andere, essentiële
criteria voldaan zou worden: de vermindering van risicoklasse 4 naar klasse 1;
de uitwerking en verwezenlijking van een gepersonaliseerde, goedkope en
betrouwbare totaaloplossing en dit in samenwerking met een competente en
flexibele partner; een maximale aanpasbaarheid van de installatie voor twee
werkingswijzen en, tenslotte, een snelle dienst in geval van slechte werking.
Na raadpleging van meerdere producenten van beveiligingsmateriaal, bleek dat
Jocab Safety de enige leverancier was die een totaaloplossing kon bieden met de
nodige gebruiksflexibiliteit en die beschikte over een grondige ervaring op het
vlak van laseruitrustingen van risicoklasse 4. De dochtermaatschappij van Jocab
Safety in Zuid-Duitsland, Pmt-Autech, in Spaichingen, heeft de producent van
sanitairkranen een flinke hand toegestoken. Het Zweedse moederbedrijf, gevestigd
in Kungsbacka nabij Göteborg, heeft de onderdelen geleverd die nodig waren voor
de aanpassingen van het concept en voor de verbeteringen op zeer korte termijn.
Zo kon het project op tijd af geraken en was de klant volledig tevreden.
inelmatec@skynet.be
Usinage
par laser
Système de sécurité
Pour le plus grand fabricant de
douches d’Europe, Hansgrohe AG à Schiltach/RFA, la sécurité et la
productivité jouent un rôle primordial. Ceci vaut en particulier pour la
machine d’usinage laser de GSI-Lumonics, récemment installée et sur laquelle
les coquilles embouties en acier inoxydable pour les robinets mélangeurs et les
crochets muraux sont découpées et soudées par un laser au CO2.
Ce procédé nécessite la
protection des opérateurs contre le risque de contusion lors de l’insertion
des pièces, et la réduction de la classe de risque 4 à la classe 1, en
appliquant des mesures de protection appropriées. Ptm-Autech, la filiale en
Allemagne du Sud du fabricant de composants de sécurité suédois Jokab Safety,
a réussi, avec une solution complète développée en coopération avec le
constructeur de la machine, à satisfaire pleinement à toutes les exigences de
protection, à augmenter de 100 % la productivité de l’équipement et à
réduire de moitié l’encombrement de la machine. La partie supérieure et le
périmètre de la machine d’usinage laser à brame CO2 sont protégés par un
système de cartérisation mécanique et optique, conçu avec le logiciel
SafeCAD. Cet outil, exclusivement développé pour Jokab Safety et offrant des
fonctions supplémentaires à AutoCAD R14, permet la conception rapide et
économique de zones protégées et fournit des dessins et des instructions de
montage pour les systèmes de cartérisation. Les panneaux de protection en
polycarbonate provenant du fabricant Lexan absorbent complètement tout
rayonnement du laser au CO2. Le système de protection et de contrôle-commande
comprend également un rideau de sécurité JSC14, 24 relais de sécurité RT6
et RT9 ainsi que 9 capteurs magnétiques de sécurité JSNY7 du fabricant
suédois.
Nouveau concept augmente la
productivité
La tâche de la machine à laser est de séparer la bordure d’emboutissage
superflue des coquilles des robinets mélangeurs et des crochets muraux et de
les souder ensuite. La zone de travail est divisée en 3 secteurs par des
panneaux teints, mobiles, en Lexan, dont la position est surveillée par des
capteurs magnétiques de la plus haute catégorie de sécurité 4: 1 zone
centrale d’usinage laser et 2 zones latérales de chargement et de
déchargement.
Une des particularités dont Richard Liebe, chef de produit et expert haute
technologie, et Robert Harter, constructeur, sont fiers à juste titre, est la
table-navette qui a permis d’accroître la productivité de 100 % par rapport
au modèle précédent et de réduire de moitié l’encombrement de la machine.
Découpage et soudage avec un
faisceau laser
Le noyau de l’équipement d’usinage laser est constitué d’un laser à
brame CO2 classe 4 avec une longueur d’onde de 10,6 µm. Le faisceau brut a un
diamètre de 22 mm et est focalisé à 0,1 mm avec une lentille. La plongée
dans le matériau peut donner naissance à des rayons diffusés dans tous les
sens.
La protection contre le rayonnement laser à haute intensité nécessite une
cartérisation, qui absorbe entièrement le faisceau laser mortel. Cette
sécurité passive est assurée par des cabines et panneaux en Lexan de Jokab
Safety, conçus avec SafeCAD. L’installation satisfait donc aux exigences de
sécurité pour la classe 1 et ne comporte aucun risque pour les opérateurs.
Sécurité active lors du
chargement et déchargement
Lorsque l’opérateur insère les pièces en acier inoxydable dans la
matrice, il interrompt la barrière immatérielle de sécurité détendant ainsi
le cylindre du dispositif de serrage, afin d’écarter tout risque de
contusion. Après la libération du champ de détection haut de 1,5 m, l’opérateur
appuie sur un bouton de réarmement, afin de valider le bouton de démarrage.
Après l’actionnement de ce dernier, les pièces sont pneumatiquement serrées
et transportées dans la zone d’usinage laser, où les positions de travail
sont surveillées par un capteur magnétique.
Lors du mouvement de la table-navette, le rideau de sécurité JSC14 est activé
par l’ouverture du contact magnétique. Si le rideau de sécurité est
interrompu dans cet état, l’API (S5 de Siemens) fait arrêter tous les arbres
CNC et détendre les cylindres de serrage. Le prélèvement des pièces finies
déclenche le cycle suivant. L’ouverture de l’obturateur et l’activation
du faisceau laser ne sont possibles que lorsque tous les éléments de
cartérisation sont en position fermée.
Usinage de pièces
encom-brantes et d’échantillons
Ici, le processus se déroule une seule fois et la zone de travail entière
est exploitée comme 1 zone unique. Les panneaux de protection de l’équipement
laser sont poussés vers les deux côtés extérieurs pour être ensuite
surveillés dans leur position finale. C’est seulement au moment où les
relais de sécurité ont reçu le signal à 2 canaux des capteurs magnétiques
que l’installation est opérationnelle.
La zone de travail entière est ensuite protégée par une porte frontale de
sécurité, composée de 2 parties et entraînée électriquement, dont les
moitiés supérieure et inférieure se touchent horizontalement à mi-hauteur.
Quand la porte frontale quitte la position finale, ceci est signalé au
contrôleur de sécurité par les capteurs magnétiques et cette zone est
ensuite protégée par la barrière immatérielle. En cas d’intrusion dans la
zone protégée, le mouvement de fermeture de la porte frontale est inversée,
afin d’exclure toute contusion.
Composants de la catégorie de
sécurité 4
Pour être conforme aux normes de sécurité européennes (par exemple pr EN
954) et empêcher tout accès non autorisé, l’installation laser a été
protégée avec un système de cartérisation, conçu avec un ordinateur
équipé du logiciel SafeCAD et composé de profilés et de pièces d’assemblage
en aluminium ainsi que de panneaux transparents en Lexan. Le relais de
sécurité RT6 de Jokab Safety peut surveiller aussi bien les dispositifs de
sécurité que la sécurité interne d’une machine. Les 5 configurations d’entrée
permettent de sélectionner le niveau de sécurité en fonction du type d’application.
Le relais universel, large de 45 mm, peut être utilisé avec 1 ou 2 canaux et
avec un réarmement automatique ou manuel contrôlé. L’entrée test permet de
surveiller des contacteurs externes. Outre les 3 sorties NF et 1 sortie NO, le
relais dispose de deux sorties d’information à transistor, qui indiquent si
une porte est fermée ou ouverte, et si la fonction de protection doit être
réarmée.
Le rideau de sécurité, ayant une section de seulement 55 mm x 52 mm et une
résolution de 14 mm, se prête parfaitement à la protection des doigts. L’auto-contrôle
permanent satisfait aux exigences de la catégorie de sécurité 4 de la norme
EN 61496-1/-2 ou CEI 1496-1/-2. La hauteur protégée est de 150 à 1800 mm et
la portée de 0,3 à 6 m. La barrière immatérielle robuste avec ses deux
sorties à semiconducteur protégées contre les courts-circuits fonctionne sous
24 Vcc ± 20 % et permet un réarmement contrôlé avec un relais de sécurité
RT6. Grâce à sa grande immunité à l’éclairage ambiant et à la double
scrutation sélectionnable, elle est idéale pour les applications de soudage au
laser, par points et à l’arc.
L’interrupteur magnétique, étanche à la poussière et à l’eau, a été
conçu et homologué pour la plus haute catégorie de sécurité. Il surveille
les grillages de protection, portes de relevage, carters ainsi que les positions
et il est absolument infraudable, car il ne peut être actionné qu’avec l’aimant
codé y appartenant. L’interrupteur électronique compact avec un contact NO
et un contact NF est contrôlé par le relais de sécurité de la série RT6.
Critères de sélection et
avantages
Outre la mise en conformité aux normes de sécurité machine, Monsieur
Richard Liebe, chef de produit et expert haute technologie chez Hansgrohe AG,
exigeait que 4 autres critères essentiels soient remplis: Réduction de la
classe de risque laser 4 à la classe 1, élaboration et réalisation d’une
solution complète personnalisée, économique et fiable avec un partenaire
compétent et flexible, adaptabilité maximale de l’installation à 2 modes de
fonctionnement et finalement un service rapide en cas de défaillance.
La consultation de plusieurs fabricants de matériel de sécurité a montré que
Jokab Safety était le seul fournisseur à pouvoir offrir une solution complète
aussi souple d’emploi et à disposer d’une expérience approfondie des
équipements à laser de la classe de risque 4. Du projet jusqu’à l’installation
et au contrôle, la filiale de Jokab Safety en Allemagne du Sud, Ptm-Autech à
Spaichingen, a donné un sérieux coup de main au fabricant de robinetterie
sanitaire. La maison-mère suédoise à Kungsbacka près de Göteborg a livré
les composants nécessaires aux modifications de concept et aux améliorations
dans un très bref délai, de façon à réaliser ce projet à terme et à la
plus grande satisfaction du client.
inelmatec@skynet.be
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