Brug af lysgardiner til at øge sikkerheden og måle genstande

Lysgardiner er en alsidig teknologi. Selv om de ofte forbindes med sikkerhedsapplikationer, har de et væld af anvendelsesmuligheder, herunder maskinafskærmning og etablering af beskyttede zoner; materialehåndtering for at registrere tilstedeværelsen af objekter eller måle størrelsen på forbipasserende objekter; sikring af korrekt placering eller justering af objekter til pakke- og sorteringsapplikationer; og indbrudsdetektering og adgangskontrol til begrænsede områder.

For en sammenligning af lysgardiner og sikkerhedslaserscannere samt en gennemgang af scannerens anvendelsesmuligheder, se del 1 i denne serie, "Sådan kan sikkerhedslaserscannere beskytte mennesker og maskiner".

Denne artikel begynder med at se på vigtige specifikationer og præstationsstandarder for lysgardiner, præsenterer eksempler på, hvordan lysgardiner bruges i sikkerheds- og adgangskontrolsystemer, og hvordan målende lysgardiner fungerer. Undervejs præsenterer den eksemplariske lysgardiner fra Panasonic, IDEC, Omron og Banner Engineering.

Standarder og typer for sikkerhedslysgardiner

Fire typer af sikkerhedspræstation er defineret i DS/EN IEC 61496, Maskinsikkerhed – Berøringsløst beskyttelsesudstyr. De relevante typer er 2, 3 og 4. Type 1 er ikke defineret til applikationer med sikkerhedslysgardiner.

IEC 61496 tilføjer endnu et lag af krav oven på definitionerne af sikkerhedsintegritetsniveauer (SIL) i IEC 61508 og International Organization for Standardization (ISO) 13849, som definerer præstationsniveauer (PL).

SIL'er er rangeret fra 1 til 3, hvor SIL 3 er det højeste niveau, og PL'er er rangeret fra "a" til "e", hvor PLe er det mest krævende. Ved hjælp af klassificeringerne i IEC 61496 falder lysgardiner generelt ind under type 2 og 4, selvom nogle få er klassificeret som type 3-enheder. Sikkerhedslaserscannere opfylder kravene til Type 3. Nogle vigtige faktorer i typeklassifikationerne omfatter:

Type 2-enheder skal opfylde SIL 1 og PLc. De er beregnet til brug i applikationer med lavere risiko, hvor fejl kan resultere i skader som stød eller blå mærker, nedfald, mindre snitsår og hudafskrabninger eller fastklemning, men ikke knusning. IEC 61496 kræver, at enheden udfører en selvkontrol under opstart og med jævne mellemrum under drift. Disse enheder mangler de redundante automatiske selvkontrolkredsløb i type 4-lysgardiner. Den effektive blændevinkel (EAA), der definerer synsfeltet, skal være ±5 grader eller smallere. Det kan resultere i muligheden for optisk interferens og fejl.

Type 3 ESPE'er som sikkerhedslaserscannere og nogle få lysgardiner skal opfylde SIL 2 og PLd og er "designet til ikke at svigte ved fare på grund af en enkelt fejl, men kan svigte ved fare på grund af en ophobning af fejl." Disse enheder har også strengere krav til elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) end type 2-enheder. Type 3-enheder er velegnede til anvendelser, hvor sikkerhed er en væsentlig bekymring.

Type 4-lysgardiner er designet til brug, hvor sikkerhed er en vigtig faktor. De skal opfylde de højeste standarder, PLe og SIL 3. De er designet til "ikke at svigte ved fare på grund af en enkelt fejl eller en ophobning af fejl." De har en mindre EAA på ±2,5 grader, hvilket gør dem mindre modtagelige for optisk interferens og i stand til at genkende objekter lettere. De skal opfylde de strengeste EMC-krav.

Type 2-lysgardiner er op til 30 % billigere end type 4-lysgardiner på grund af den billigere optik og det enklere fejlregistreringskredsløb. Type 4-lysgardiner fås i et bredere udvalg af opløsninger, herunder 14 mm til identifikation af fingre, 30 mm til hænder, 50 mm til ben og 90 mm for tilstedeværelse af en krop. Derimod er type 2-lysgardiner generelt begrænset til større opløsninger (figur 1).

Figur 1: Type 4-lysgardiner fås typisk med mindre minimumsopløsning end type 2-enheder. (Billedkilde: IDEC)

Ud over at registrere objekter i forskellige størrelser kan strålerne i et lysgardin styres individuelt for at give mere avancerede funktioner som dæmpning, undertrykkelse og måling af størrelsen og antallet af objekter.

Dæmpning og undertrykkelse af lysgardiner

Dæmpning og undertrykkelse af et lysgardiner refererer til at slukke for hele eller en del af lysgardinet under bestemte omstændigheder. Dæmpning er en automatisk proces, der suspenderer hele eller dele af lysgardinets beskyttelse, og som typisk finder sted under en ikke-farlig del af maskinens cyklus. Det kan tillade materialer at komme ind i et arbejdsområde uden at stoppe nogen farlig aktivitet. Når materialet er kommet ind i arbejdsområdet, genstartes lysgardinets fulde beskyttelsesfunktion.

Typiske anvendelser for dæmpning omfatter:

• Gør det muligt at komme ind og ud med paller på en palleteringsmaskine mellem arbejdsgangene
• Gør det muligt at flytte materiale mellem områder i en automatiseret produktionsproces, mens personalet stadig beskyttes, når maskinerne er aktive.

Figur 2: Ved hjælp af dæmpning vil et lysgardin lade objekter af en bestemt størrelse passere uden at afbryde maskinens drift (til venstre), men det vil registrere andre objekter som en hånd eller fingre (til højre) og stoppe maskinen. (Billedkilde: Panasonic)

Undertrykkelse indebærer, at man slukker for en del af lysgardinet uden at stoppe maskinen fra at være beskyttet. Det kan også give folk begrænset adgang til et område i en sikker periode. Typiske anvendelser for undertrykkelse omfatter:

• Række ind for at læsse eller aflæse en robotarbejdsstation i en sikker periode
• Adgang til en hydraulisk stansemaskine under oppe-cyklus

Typer 2-lysgardin

Type 2 SG2-serien af lysgardiner fra IDEC fås i modeller med hånd- og tilstedeværelsesbeskyttelse. For eksempel er model SG2-90-030-OO-X designet til tilstedeværelsesregistrering med en kontrolhøjde på 300 mm og en opløsning på 90 mm. Den har en test/genstart-funktion og et integreret justeringssystem, der gør udrulningen hurtigere. De roterende monteringsbeslag gør installationen endnu hurtigere og gør det nemt at justere sende- og modtageenhederne, selv i applikationer, der bruger spejle eller opererer over afstande på op til 19 m.

Dæmpning og undertrykkelse i barske miljøer

Applikationer med sikkerhedslysgardiner på kølelagre med temperaturer ned til -30 °C, metalbearbejdningsprocesser som stansemaskiner, der skal beskyttes mod indtrængen af olie i henhold til IP67G, og andre operationer i barske, støvede og beskidte miljøer som den automotive produktion og værktøjsmaskiner kan anvende F3SG-SR-serien fra Omron. Disse type 4-lysgardiner omfatter dæmpning samt faste og flydende undertrykkelsesfunktioner.

F3SG-SR lysgardiner har beskyttelseshøjder fra 160 mm til 2.480 mm. Når der er behov for detektering af hænder eller andre objekter med en diameter på 25 mm, kan designere af sikkerhedssystemer anvende F3SG-4SRA0280-25-F, der understøtter fleksible længder i intervaller på 40 mm op til 1.000 mm ved hjælp af 27 stråler i en beskyttelseshøjde på 280 mm (figur 3).

Figur 3: Dette lysgardin understøtter fleksible længder i intervaller på 40 mm med en beskyttelseshøjde på 280 mm. (Billedkilde: Omron)

Modstår vridning, skævvridning og slag

Når et lysgardin bruges på steder, hvor det kan blive udsat for stød og vridninger, kan systemdesignere bruge Type 4-lysgardiner i SF4D-serien fra Panasonic. Den 630 mm lange model SF4D-H32-0 har en IP67-klassificering, 25 mm opløsning til håndbeskyttelse og integrerede undertrykkelses- og dæmpningsfunktioner.

En nøgle til disse lysgardiners robusthed er den redesignede interne enhed, der gjorde det muligt at optimere kabinettet med henblik på robusthed og stivhed. Den indvendige enhed fylder mindre end 40 % af volumen i forhold til tidligere modeller, hvilket muliggør en betydelig forøgelse af kassetykkelsen (figur 4). Selv om den interne enhed er mindre, er det optiske output øget, og OFF-responstiden for kontroludgangene er 10 ms eller mindre, eller 18 ms eller mindre, når de er forbundet i serie eller parallelt.

Figur 4: Den mere kompakte indre enhed understøtter højere optisk output, samtidig med at den muliggør et betydeligt tykkere hus. (Billedkilde: Panasonic)

Måling med lysgardiner

Lysgardiner, der er designet til at måle objekter, har typisk tre tilstande: lige scanning, enkeltkantscanning og dobbeltkantscanning. Nøglespecifikationerne omfatter den mindste objektdetekteringsstørrelse (MODS) og kantopløsningen (ER).

Lige scanning er normalt standardindstillingen, og strålerne scannes sekventielt fra displayets ende til den modsatte ende af arrayet. Når den første ublokerede stråle mødes, bestemmes målingen. Typiske følsomheder for lige scanning i lavkontrasttilstand er en MODS på 5 mm og en ER på 5 mm. Hvis der anvendes scannertilstand med høj forstærkning, er MODS 10 mm, og ER er 5 mm. Enkelt- og dobbeltkantet scanning kan give en MODS på 10 mm og en ER på 2,5 mm.

Enkeltkantscanning begynder med, at den første (laveste) stråle blokeres, hvilket indikerer, at der er et objekt til stede. Gardinet kontrollerer derefter den midterste stråle. Scanneren ser på den nederste fjerdedel af strålen for at se, om den midterste stråle er fri. Scanneren ser på den øverste fjerdedel af strålen for at se, om den midterste stråle er blokeret.

Når det er afgjort, om den øverste eller nederste fjerdedel af strålerne er blokeret eller ej, fortsætter man med at halvere antallet af stråler, indtil man har fundet objektets øverste kant.

Under omstændigheder, hvor den første stråle ikke nødvendigvis er blokeret, kan dobbeltkant bruges og starter med valg af trinstørrelse, normalt 1, 2, 4, 8, 16 eller 32, afhængigt af anvendelsen. Det begynder med, at gardinet aktiverer stråle 1. Hvis den stråle er blokeret, er den første kant identificeret. Hvis den ikke er blokeret, aktiverer gardinet den næste stråle, som bestemmes af trinstørrelsen. Hvis trinstørrelsen f.eks. er 4, aktiveres stråle 5.

Hvis den aktiverede stråle ikke er blokeret, fortsætter gardinet trinprocessen, indtil der findes en blokeret stråle. På det tidspunkt bruges en binær søgning tilbage mod starten til at identificere den første blokerede stråle, og den tilsvarende kant identificeres. Processen gentages, denne gang ved at bruge den identificerede kant som referencepunkt og trinprocessen til at identificere en ublokeret stråle og derefter gå tilbage for at finde den stråle med det højeste nummer, der er blokeret, og identificere den anden kant.

Figur 5: Eksempel på strålesekvenser i en dobbeltkantscanning. (Billedkilde: Banner Engineering)

Lysgardiner til måling

A-GAGE EZ-ARRAY-målelysskærmene fra Banner Engineering er designet til applikationer som produktdimensionering og -profilering i realtid, kant- og centerstyring, huldetektering, tælling af dele osv. Sendere og modtagere er mellem 150 og 2400 mm (5,9 og 94,5 tommer) lange (figur 6). For eksempel er model EA5E600Q 600 mm lang med 120 stråler. Disse lysgardiner understøtter præcis højhastighedsprocesovervågning og -inspektion, profilering og banestyringssystemer. Yderligere funktioner omfatter:

• Talrige scanningsmuligheder:
  • 16 scanningsanalysetilstande (måling)
  • Tre scanningsmetoder
  • Valgbar undertrykkelse af stråler
• DIP-kontakt med seks positioner til indstilling af scanningstilstand, måletilstand, analog hældning og indstilling af den diskrete til supplerende måling eller alarmdrift.

Figur 6: A-GAGE EZ-ARRAY-familien af målende lysgardiner fås i længder fra 150 mm til 2400 mm. (Billedkilde: Banner Engineering)

Konklusion

Lysgardiner kan gøre meget mere end blot at forhindre adgang til farlige og følsomme områder og beskytte både mennesker og maskiner. De kan understøtte kontrolleret adgang ved hjælp af undertrykkelses- og dæmpningsfunktioner for at øge produktiviteten. Lysgardiner kan også understøtte berøringsfrie måleteknikker, der hurtigt og effektivt måler flere dimensioner af objekter.