Des écrans et des rideaux lumineux pour délimiter les zones

Un niveau de sécurité sans précédent pour l'homme et pour la machine

L'un des aspects essentiels d'un site de production sécurisé, c'est la délimitation des zones critiques et la prévention de l'entrée d'objets ou de personnes non autorisés. Les écrans et les barrières immatérielles sont un moyen d'y parvenir, grâce aux innovations constantes de cette technologie. Ils apportent donc sans cesse des solutions à de nouveaux problèmes et de nouvelles applications.

L'intérêt de la technologie lumineuse

Les écrans et rideaux lumineux sont depuis longtemps un choix prisé pour délimiter les zones dangereuses dans les usines. En utilisant les faisceaux lumineux émis et en les détectant de l'autre côté de l'écran ou du rideau ainsi créé, ils parviennent à détecter automatiquement les accès non autorisés et, si nécessaire, à arrêter une partie de la production pour éviter les accidents.

Cette technologie est particulièrement utile dans des situations spécifiques. Par exemple, une machine qui peut fonctionner entièrement fermée sera mieux entourée d'une clôture. Cependant, il est souvent nécessaire d'interagir avec la machine, de sorte que seule une partie du périmètre peut être protégée par des barrières tandis qu'une autre partie doit rester ouverte. Pensez, par exemple, à l'approvisionnement en pièces par chariot élévateur ou aux opérateurs qui doivent effectuer certaines opérations à l'intérieur de ce périmètre (comme l'introduction ou l'extraction manuelle de ces pièces).

Les ouvertures dans la barrière doivent donc également être sécurisées pour que la machine reste opérationnelle tout en garantissant la sécurité. De cette manière, l'accès à l'installation peut être autorisé à certains moments ou à certaines entités.

Le principe de fonctionnement d'un dispositif de protection opto-électronique actif (Active Optoelectronic Protective Device, aopd), comme ce composant est officiellement appelé, est relativement simple. Les LED transmettent des impulsions lumineuses parallèles à leurs récepteurs respectifs. Une zone de détection invisible est ainsi créée. Si un corps étranger pénètre dans cette zone, le signal lumineux est interrompu et un signal est envoyé à un dispositif de sécurité (automate de sécurité ou directement à un relais de sécurité).

Il est important que les impulsions lumineuses soient émises selon un schéma et une fréquence définis. Le récepteur ne détecte que les impulsions qui répondent exactement à ces conditions. Cela permet d'éviter les interférences avec des signaux lumineux externes et de garantir la sécurité.

En outre, les barrières immatérielles de sécurité sont dotées de systèmes de contrôle qui surveillent en permanence leur propre état. Dès qu'un problème est détecté, la machine se met également en sécurité. Ce n'est que lorsque la barrière immatérielle de sécurité est à nouveau opérationnelle depuis l'extérieur de la zone sans risque que les opérations peuvent reprendre.

Caractéristiques principales

Résolution

Si l'on considère la résolution du point de vue de l'objet à détecter, on peut la décrire comme 'la plus petite épaisseur d'un objet pouvant être détectée par une barrière immatérielle'. Si l'on considère la résolution du point de vue de l'écran de sécurité, il s'agit de 'l'espace maximal entre deux faisceaux pour lequel aucune alarme n'est déclenchée'. Dès qu'un objet est plus grand que l'espace entre deux faisceaux, la machine se met en sécurité.

L'émission des impulsions lumineuses suit un schéma et une fréquence définis, afin d'éviter les interférences extérieures

Il est à noter que certains réglages tels que le blanking (voir ci-dessous) peuvent modifier la résolution. Une résolution de 14 mm signifie que les objets d'une épaisseur de 14 mm ou plus provoqueront un déclenchement. On parle souvent ici de sécurité pour les doigts. Quand on parle de sécurité des mains, la résolution est plutôt de l'ordre de 30 ou 40 mm. En raison de la résolution plus faible, on arrive à placer un protège-doigts plus près de la zone dangereuse de la machine qu'un protège-mains.

Pour les protecteurs de passage - souvent utilisés pour protéger des machines complètes - la résolution est encore plus élevée et les distances de sécurité sont plus importantes. Souvent, 2, 3 ou 4 faisceaux sont utilisés ici, en fonction des exigences de sécurité.

Réactivité

La réactivité dépend de plusieurs facteurs: la rigidité, le type d'entraînement (hydraulique ou électrique; linéaire ou rotatif), la transmission de puissance (embrayage, entraînements), la capacité de freinage et les temps de cycle. En gros, on peut diviser le temps de réaction en deux points: premièrement, le temps de réaction du dispositif de sécurité lui-même (t1), c'est-à-dire le temps nécessaire entre l'apparition de l'incident (entrée dans la zone de détection) et l'envoi effectif du signal d'arrêt à la machine.

Deuxièmement, le temps de réaction de la machine (t2), car une fois que le signal est perçu par la machine, il faut prendre en compte une certaine latence avant que le danger ne soit effectivement éliminé. Prenons l'exemple d'une lame de scie qui continue à tourner le temps de s'arrêter. Lors du calcul de la distance de sécurité, il est primordial que les deux temps de réaction soient inclus dans la formule.

Portée

Il s'agit de la distance maximale entre l'émetteur et le récepteur à laquelle le rideau lumineux de sécurité fonctionne de manière fiable. On distingue H et L (respectivement la hauteur et la longueur du champ de détection). Il convient de noter qu'un certain nombre de facteurs liés à l'emplacement peuvent avoir une influence négative directe sur la portée. Dans les endroits présentant de nombreuses surfaces réfléchissantes, le fonctionnement peut être fortement perturbé. Cela se traduit principalement par un trop grand nombre de fausses alarmes. Cela entraîne à son tour une certaine frustration chez les opérateurs.

Les surfaces réfléchissantes sont malheureusement omniprésentes dans les environnements industriels. Les boîtiers métalliques brillants des machines, les emballages en plastique des pièces, les bandes transporteuses réfléchissantes et les sources lumineuses puissantes posent souvent des problèmes. La solution peut consister à déplacer l'installation, mais c'est parfois impossible. Dans ce cas, il faut s'attaquer au coupable lui-même, en peignant la surface ou en adaptant le revêtement. Quoi qu'il en soit, les tests et la validation restent la seule méthode pour s'assurer que l'ensemble fonctionne de manière optimale.

Muting et blanking

La situation est simple lorsqu'il existe une limite qui ne doit jamais être dépassée ou qui doit l'être à des moments bien définis. Dans ce cas, l'écran ou le rideau reste simplement actif ou s'éteint complètement au moment voulu. La situation devient toutefois beaucoup plus complexe lorsque des objets doivent pouvoir traverser la zone sans déclencher d'alerte de sécurité. Deux termes sont souvent utilisés de manière interchangeable: muting et blanking. Il ne s'agit toutefois pas de synonymes.

Muting

Le muting implique l'interruption temporaire et automatique de la barrière immatérielle de sécurité lorsque la machine est en position de sécurité. L'exemple type est la livraison ou l'enlèvement de marchandises: la plage de détection est temporairement désactivée pendant le déplacement de l'objet. Cela peut se faire en désactivant brièvement la zone de détection ou en contournant temporairement le signal de sortie. Après le déplacement, la machine redevient opérationnelle et le rideau est automatiquement réactivé.

Il est important que les capteurs puissent faire la distinction entre une personne et la pièce. Si une personne pénètre dans l'installation pendant la phase de muting, la machine s'arrête automatiquement. Les barrières immatérielles peuvent désormais être équipées d'une fonction d'inhibition intégrée, ce qui facilite la mise en place du muting.

Blanking

Le blanking implique l'arrêt d'un certain nombre de faisceaux lumineux afin de permettre à un objet situé dans la zone de détection de traverser cette zone définie sans déclencher de signal d'alarme. Un mouvement dans la zone non définie déclenche toujours un signal. Bien entendu, il est extrêmement important que la zone de blanking soit délimitée de manière à ce que les personnes ne puissent jamais pénétrer dans la zone dangereuse sans déclencher une alarme. Cela nécessite des capteurs et une sécurité supplémentaires.

On distingue également deux formes de blanking:

• Dans le cas de fixed blanking, une zone fixe de la barrière immatérielle est supprimée; l'objet ou le produit ne peut pas se déplacer en dehors de cette zone fixe sans déclencher une alarme.
• Le floating blanking éteint un certain nombre de faisceaux. Le produit peut se déplacer librement dans cette zone à risques, de sorte qu'il n'est pas nécessaire que tous les faisceaux éteints soient couverts à tout moment. Ce n'est que si un objet couvre plus que les rayons occultés que cela est considéré comme un défaut de sécurité et que l'arrêt est activé.

Innovations récentes

Scanner laser de sécurité

Comme les barrières immatérielles, les scanners laser de sécurité peuvent être utilisés pour détecter une personne. Normalement, le champ d'un tel scanner se situe dans un plan horizontal, comme pour les VGA. Cependant, les scanners laser peuvent également être utilisés verticalement comme un rideau lumineux, et le champ de protection peut même être modifié de manière dynamique.

Aujourd'hui, la puissance des algorithmes est aussi exploitée pour le développement des barrières immatérielles

Au lieu d'éteindre certains faisceaux lumineux, un tel scanner permet d'ajuster la forme du champ pour qu'il épouse les contours du matériau à traverser à certains moments. Il n'est donc pas nécessaire d'utiliser des équipements de protection supplémentaires ou des capteurs pour détecter si une personne tente d'accéder à une zone ou à une machine particulière.

Safe Entry Exit

Le système Safe Entry Exit est une alternative certifiée par le TÜV au muting traditionnel. Ce système utilise un signal unique provenant du contrôleur de processus comme premier signal et la barrière immatérielle elle-même comme second signal de muting. Combiné à des contrôles de temps et de séquence, ce système permet de détecter de manière fiable les matériaux et de déclencher ainsi une fonction de muting. Cette technique peut être utilisée pour éliminer le besoin de capteurs supplémentaires pour le muting, ce qui réduit considérablement l'encombrement de l'installation.

Différenciation homme-matériau

La puissance des algorithmes est également exploitée aujourd'hui dans les écrans lumineux. Les faisceaux lumineux individuels peuvent être analysés, ce qui permet la reconnaissance de modèles (ou pattern recognition) dans un capteur de sécurité actif en permanence. Il en résulte une fonction permettant de différencier en toute sécurité un être humain du matériel effectivement autorisé à pénétrer dans la zone dangereuse. Ce système n'interrompt pas la fonction de sécurité pour détecter les personnes à tout moment. Comme les faisceaux continus restent actifs, la sécurité est permanente.

Seules certaines silhouettes sont autorisées à se déplacer dans le champ de la barrière immatérielle sans déclencher la fonction de sécurité, ce qui entraîne l'arrêt de la machine. Là encore, cela réduit le besoin en capteurs de muting, ce qui simplifie grandement l'installation. Il est souvent possible de limiter la distance de sécurité. Les faisceaux lumineux qui ne sont pas interrompus restent tout simplement actifs et peuvent donc détecter des mouvements en dehors du contour de l'objet.

Données et réseaux

Enfin, les barrières immatérielles sont de plus en plus des entités qui collectent et transmettent elles-mêmes de nombreuses données. Certains utilisent la technologie de communication sans fil pour se connecter à d'autres dispositifs de sécurité ou systèmes d'exploitation. Cela permet un placement plus flexible des barrières immatérielles, ce qui est particulièrement utile dans certains environnements industriels.

De nos jours, de nombreuses barrières immatérielles sont également dotées de capacités de diagnostic intégrées, ce qui permet de détecter les défaillances et de résoudre de nombreux problèmes à distance. La configuration automatique des canaux et la communication bidirectionnelle font également de plus en plus partie des fonctionnalités. Tout cela simplifie l'installation, la configuration et la maintenance.

En collaboration avec Pilz, Schmersal et Sick