ความปลอดภัยหุ่นยนต์อุตสาหกรรม: ออกแบบเซลล์ให้ปลอดภัยต้องมีอะไรบ้าง
เมื่อโรงงานเริ่มติดตั้งหุ่นยนต์ คำถามแรกที่ควรถามไม่ใช่แค่เรื่อง Cycle time หรือ Payload แต่คือ “คนจะทำงานรอบหุ่นยนต์ได้อย่างปลอดภัยหรือไม่” ความปลอดภัยหุ่นยนต์อุตสาหกรรมไม่ได้จบแค่การล้อมรั้ว แต่เป็นระบบที่ต้องคิดตั้งแต่การวางเลย์เอาต์ การเลือกอุปกรณ์ป้องกัน การเขียนลอจิกควบคุม ไปจนถึงขั้นตอนการทำงานของผู้ปฏิบัติงานและช่างซ่อมบำรุง บทความนี้สรุปองค์ประกอบหลักของเซลล์หุ่นยนต์ที่ปลอดภัย วิธีคิดเรื่องระยะปลอดภัย และข้อผิดพลาดที่พบบ่อยหน้างาน
ความปลอดภัยหุ่นยนต์อุตสาหกรรมเริ่มจากการประเมินความเสี่ยง
หุ่นยนต์อุตสาหกรรมเคลื่อนที่เร็ว มีแรงมาก และเปลี่ยนทิศทางได้ในแบบที่คนยืนข้าง ๆ คาดเดาไม่ได้ อันตรายหลักในเซลล์หุ่นยนต์มักมาจากเรื่องต่อไปนี้
- ถูกแขนหุ่นยนต์ชน หรือถูกหนีบระหว่างหุ่นยนต์กับเสา โครงสร้าง หรือตัวเครื่องจักร
- ชิ้นงานหรือเครื่องมือหลุดจากกริปเปอร์ระหว่างเคลื่อนที่ เช่น ตอนลมตกหรือไฟดับ
- พลังงานสะสมที่ยังค้างอยู่ เช่น ลมในกระบอกสูบ ไฮดรอลิก สปริง หรือแรงโน้มถ่วงของแกนแนวตั้ง
- ช่วงสอนตำแหน่ง (Teaching) แก้ปัญหา และซ่อมบำรุง ซึ่งเป็นช่วงที่คนต้องเข้าไปใกล้หุ่นยนต์มากที่สุด
แนวทางที่ใช้กันแพร่หลายในระดับสากลคือ ISO 12100 สำหรับการประเมินและลดความเสี่ยงของเครื่องจักร มาตรฐานชุด ISO 10218 สำหรับตัวหุ่นยนต์และระบบหุ่นยนต์ และ ISO 13849-1 สำหรับกำหนดระดับความน่าเชื่อถือของระบบควบคุมความปลอดภัย (Performance Level หรือ PL) ลำดับการลดความเสี่ยงที่ถูกต้องคือ
- ออกแบบให้อันตรายหมดไปหรือลดลง เช่น จัดเลย์เอาต์ไม่ให้มีจุดหนีบ ลดความเร็วในโซนที่ไม่จำเป็นต้องเร็ว
- ใช้อุปกรณ์ป้องกัน เช่น รั้ว Interlock เซนเซอร์ความปลอดภัย
- ให้ข้อมูลและอบรม เช่น ป้ายเตือน คู่มือ ขั้นตอนการทำงาน
ป้ายเตือนและการอบรมเป็นมาตรการสุดท้าย ไม่ควรใช้แทนการป้องกันทางกายภาพ นอกจากมาตรฐานสากลแล้ว โรงงานควรตรวจสอบข้อกำหนดตามกฎหมายไทยกับหน่วยงานหรือผู้เชี่ยวชาญด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องด้วย
อุปกรณ์ป้องกันหลักในเซลล์หุ่นยนต์
รั้วกั้นและประตูที่มี Interlock
รั้วถาวรเป็นการป้องกันพื้นฐานที่เชื่อถือได้ที่สุด ความสูงของรั้วและขนาดช่องตะแกรงต้องสัมพันธ์กับระยะห่างจากจุดอันตรายเพื่อไม่ให้มือหรือแขนเอื้อมถึง (แนวทางอยู่ใน ISO 13857) ประตูเข้าเซลล์ต้องมีสวิตช์ Interlock ที่สั่งให้หุ่นยนต์หยุดอย่างปลอดภัยเมื่อเปิดประตู และควรเลือกชนิดที่ยากต่อการบายพาส เช่น สวิตช์แบบเข้ารหัส สำหรับเซลล์ Machine tending ต้องคิดเรื่องสัญญาณ Interlock ระหว่างหุ่นยนต์กับประตูเครื่อง CNC ด้วย เพื่อไม่ให้หุ่นยนต์เคลื่อนเข้าไปขณะประตูเครื่องยังปิดไม่สุด หรือเครื่องเริ่มรอบตัดขณะแขนหุ่นยนต์ยังอยู่ข้างใน อ่านเพิ่มเติมเรื่องการวางแผนเซลล์ประเภทนี้ได้ที่ หุ่นยนต์ป้อนชิ้นงาน CNC คุ้มไหม
Light Curtain และ Safety Laser Scanner
ในจุดที่ผู้ปฏิบัติงานต้องเติมหรือนำชิ้นงานออกบ่อย การใช้ประตูอาจทำให้เสียเวลา จึงนิยมใช้ Light Curtain กั้นช่องเปิด หรือ Safety Laser Scanner ตรวจจับคนบนพื้นที่ที่กำหนด ข้อดีคือเข้าออกได้รวดเร็ว แต่ต้องคำนวณระยะติดตั้งให้ถูกต้อง และต้องป้องกันไม่ให้คนเดินอ้อม ลอดใต้ หรือยืนค้างอยู่ระหว่างม่านแสงกับหุ่นยนต์โดยระบบตรวจไม่พบ
ปุ่ม Emergency Stop และ Enabling Switch
ปุ่มหยุดฉุกเฉินต้องติดตั้งในตำแหน่งที่เอื้อมถึงง่ายทั้งที่ตู้ควบคุม Teach Pendant และจุดทำงานของผู้ปฏิบัติงาน ส่วน Enabling Switch บน Teach Pendant เป็นสวิตช์สามตำแหน่งที่หุ่นยนต์จะขยับได้เฉพาะเมื่อกดค้างไว้ที่ตำแหน่งกลาง หากปล่อยมือหรือบีบแรงด้วยความตกใจ หุ่นยนต์จะหยุดทันที
Safety PLC หรือ Safety Relay
สัญญาณจากอุปกรณ์ทั้งหมดข้างต้นต้องเข้าสู่วงจรควบคุมความปลอดภัย ไม่ใช่ PLC ทั่วไป เพราะต้องมีการตรวจสอบตัวเองและวงจรซ้ำซ้อนตามระดับ PL ที่ประเมินไว้ เซลล์ขนาดเล็กอาจใช้ Safety Relay ได้ ส่วนเซลล์ที่มีหลายโซนหรือหลายเครื่องจักรมักใช้ Safety PLC เพื่อจัดการลอจิกได้ยืดหยุ่นกว่า
ระยะปลอดภัย: ติดตั้งเซนเซอร์ห่างจากหุ่นยนต์แค่ไหน
หลักคิดตาม ISO 13855 คือ เมื่อคนผ่านเซนเซอร์แล้ว หุ่นยนต์ต้องหยุดสนิทก่อนที่คนจะไปถึงจุดอันตราย ระยะติดตั้งขั้นต่ำจึงขึ้นกับ
- ความเร็วที่คนเคลื่อนเข้าหา ซึ่งมาตรฐานกำหนดค่าอ้างอิงไว้
- เวลาหยุดรวมของระบบ คือเวลาตอบสนองของเซนเซอร์ วงจรความปลอดภัย และเวลาเบรกของหุ่นยนต์รวมกัน
- ความละเอียดของเซนเซอร์ เช่น Light Curtain ที่ตรวจจับได้ระดับนิ้วมือจะติดใกล้กว่าแบบที่ตรวจจับได้ระดับลำตัว
ตัวอย่างสมมติ: หากหุ่นยนต์จับชิ้นงานหนักที่ความเร็วสูง เวลาเบรกจะนานกว่าตอนแขนเปล่า ระยะติดตั้งเซนเซอร์ก็ต้องมากขึ้นตาม ดังนั้นควรใช้ข้อมูลเวลาหยุดที่สภาวะแย่ที่สุด (Payload และความเร็วสูงสุด) และวัดจริงหลังติดตั้ง ไม่ควรเดาจากสเปกแขนเปล่า เรื่องนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับการเลือกขนาดหุ่นยนต์และระยะเอื้อม ดูเพิ่มเติมได้ที่ วิธีเลือกหุ่นยนต์อุตสาหกรรม FANUC
ฟังก์ชันความปลอดภัยในตัวหุ่นยนต์และ Cobot
หุ่นยนต์รุ่นใหม่มีฟังก์ชันความปลอดภัยในตัวที่ช่วยออกแบบเซลล์ได้ดีขึ้น เช่น
- โหมดการทำงาน โหมด T1 สำหรับสอนตำแหน่งจะจำกัดความเร็วให้ต่ำ (มาตรฐาน ISO 10218 กำหนดไว้ไม่เกิน 250 mm/s ที่ปลายเครื่องมือ) ส่วนโหมด AUTO ต้องทำงานเมื่อไม่มีคนอยู่ในพื้นที่อันตราย
- การจำกัดพื้นที่และความเร็วด้วยซอฟต์แวร์ระดับ Safety เช่น ฟังก์ชัน DCS (Dual Check Safety) ของ FANUC ที่ตรวจตำแหน่งและความเร็วแบบสองช่องทาง ทำให้กำหนดขอบเขตการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ได้แคบกว่าระยะเอื้อมจริง ช่วยลดขนาดรั้วและพื้นที่เซลล์ได้ แต่ค่าที่ตั้งต้องผ่านการตรวจสอบและควบคุมการแก้ไขอย่างเข้มงวด
สำหรับหุ่นยนต์ทำงานร่วมกับคน (Cobot) จะใช้หลักการจำกัดแรงและกำลัง โดยมี ISO/TS 15066 เป็นแนวทางเรื่องแรงสัมผัสที่ยอมรับได้ อย่างไรก็ตาม Cobot ไม่ได้ปลอดภัยโดยอัตโนมัติ งานที่ใช้กริปเปอร์คม ชิ้นงานมีขอบแหลม ชิ้นงานหนัก หรือมีจุดหนีบกับโต๊ะและเครื่องจักร อาจยังต้องใช้เซนเซอร์หรือรั้วเพิ่ม และยังต้องประเมินความเสี่ยงของทั้งแอปพลิเคชันเสมอ ดูความแตกต่างของหุ่นยนต์แต่ละประเภทได้ที่ ประเภทของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยหน้างาน
- บายพาส Interlock เพื่อความสะดวก เช่น เสียบตัวกุญแจสำรองค้างไว้ เพราะออกแบบให้ต้องเปิดประตูบ่อยเกินไป ทางแก้คือออกแบบจุดเติมชิ้นงานให้เหมาะกับการใช้งานจริงตั้งแต่ต้น
- ช่องว่างใต้รั้วหรือข้างสายพาน ที่คนลอดเข้าไปได้ โดยเฉพาะช่องที่ชิ้นงานไหลเข้าออกเซลล์
- ไม่มีระบบป้องกันการรีสตาร์ทขณะมีคนอยู่ในเซลล์ ปุ่ม Reset ควรอยู่นอกเซลล์ในตำแหน่งที่มองเห็นภายในได้ชัด
- ไม่ทำ Lockout/Tagout ระหว่างซ่อมบำรุง และลืมปล่อยลมหรือพลังงานสะสมก่อนเข้าทำงาน
- ไม่คิดกรณีลมตกหรือไฟดับ ทำให้กริปเปอร์คลายและชิ้นงานหล่น ควรใช้วาล์วหรือกลไกที่รักษาแรงจับไว้ได้
- แก้ไขเซลล์แล้วไม่ตรวจสอบความปลอดภัยใหม่ เช่น เพิ่มความเร็ว เปลี่ยนกริปเปอร์ หรือย้ายเซนเซอร์ โดยไม่วัดเวลาหยุดและทบทวนการประเมินความเสี่ยง
คำถามที่พบบ่อย
เซลล์หุ่นยนต์ทุกเซลล์ต้องมีรั้วหรือไม่?
ไม่จำเป็นเสมอไป ขึ้นกับผลการประเมินความเสี่ยง บางงานใช้ Safety Laser Scanner หรือ Cobot แทนรั้วได้ แต่สำหรับหุ่นยนต์ความเร็วสูงหรือ Payload มาก รั้วถาวรมักเป็นทางเลือกที่เรียบง่ายและเชื่อถือได้ที่สุด
ใช้ PLC ธรรมดาควบคุมสัญญาณความปลอดภัยได้หรือไม่?
ไม่ควร สัญญาณความปลอดภัย เช่น E-stop และ Interlock ต้องผ่าน Safety Relay หรือ Safety PLC ที่ได้รับการรับรองตามระดับ PL ที่ต้องการ PLC ทั่วไปใช้ได้สำหรับลอจิกการผลิตและการแสดงสถานะเท่านั้น
ควรทบทวนความปลอดภัยของเซลล์บ่อยแค่ไหน?
ควรทดสอบการทำงานของอุปกรณ์ความปลอดภัย เช่น E-stop และ Interlock อย่างสม่ำเสมอตามแผนบำรุงรักษา และต้องทบทวนการประเมินความเสี่ยงทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนแปลงเซลล์ ไม่ว่าจะเป็นชิ้นงาน กริปเปอร์ ความเร็ว หรือเลย์เอาต์
เซลล์หุ่นยนต์ที่ดีควรทั้งผลิตได้ตามเป้าและให้คนทำงานรอบ ๆ ได้อย่างมั่นใจ หากคุณกำลังวางแผนเซลล์หุ่นยนต์ใหม่ หรืออยากทบทวนความปลอดภัยของเซลล์ที่มีอยู่ ทีมงาน NKE ในฐานะ FANUC Global Partner พร้อมช่วยตั้งแต่การวางเลย์เอาต์ เลือกอุปกรณ์ จนถึงติดตั้งและทดสอบ ดูขอบเขตงานได้ที่ ระบบอัตโนมัติในโรงงาน หรือ ติดต่อ NKE โทร 02-746-7196 หรือ LINE @nke.th
