Lichtschermen en -gordijnen bakenen slim zones af

Doorgedreven veiligheid voor mens en machine

Een cruciaal aspect van veilig produceren is het afbakenen van kritieke zones; en voorkomen dat de verkeerde objecten of personen hier terechtkomen. Lichtschermen en -gordijnen zijn een vaste waarde om dit te bereiken, met continue innovaties in deze technologie. Zo blijft men met oplossingen komen voor nieuwe problemen en toepassingen.

Het nut van lichttechnologie

Lichtschermen en -gordijnen zijn al geruime tijd een populaire keuze om onveilige zones af te bakenen in fabrieksettings. Door het gebruik van uitgezonden lichtstralen en de detectie ervan aan de andere kant van het zo ontstane scherm of gordijn, slaagt men erin om ongeoorloofde toegang automatisch te registreren en, indien gewenst, een deel van de productie stil te leggen om ongevallen te voorkomen.

Deze technologie is vooral in specifieke situaties bijzonder handig. Zo zal een machine die volledig afgesloten kan werken, het best omheind worden met een hekwerk. Er zal echter vaak nood zijn aan een zekere interactie met een machine, waardoor slechts een deel van de perimeter kan omheind worden en een ander deel open moet blijven. denk bijvoorbeeld aan het aanvoeren van onderdelen met een heftruck, of operatoren die bepaalde handelingen moeten uitvoeren binnen die perimeter (zoals het manueel in- of afvoeren van deze onderdelen).

Dergelijke openingen in het hekwerk moeten dus ook beveiligd worden, om de machine operationeel te houden én toch de veiligheid te garanderen. Op deze manier kan toegang tot de installatie op bepaalde momenten of voor bepaalde entiteiten verleend worden.

Het werkingsprincipe van een 'Active Optoelectronic Protective Device' (aopd), zoals deze component officieel heet, is relatief eenvoudig. Leds sturen parallelle lichtpulsen uit naar hun respectievelijke ontvangers. Zo wordt een onzichtbare detectiezone gecreëerd. Als een vreemd voorwerp in die zone komt, wordt het lichtsignaal onderbroken en een signaal gestuurd naar een veiligheidsinrichting (safety plc of rechtstreeks naar een veiligheidsrelais).

Belangrijk in deze is dat het uitstralen van de lichtpulsen volgens een vastgelegd patroon en frequentie verloopt. De ontvanger zal enkel de pulsen detecteren die exact beantwoorden aan die voorwaarden. Zo wordt inmenging van externe lichtsignalen voorkomen en de veiligheid gegarandeerd.

Daarnaast beschikken veiligheidslichtgordijnen ook over controlesystemen die voortdurend de eigen toestand controleren. Zodra er een probleem gedetecteerd wordt, gaat de machine eveneens in veiligheid. Pas nadat het veiligheidslichtgordijn weer van buiten de risicozone terug operationeel gemaakt wordt, kunnen de activiteiten hernomen worden.

Sleutelfeatures

Resolutie

Als we de resolutie bekijken vanuit het standpunt van het te detecteren voorwerp, dan kunnen we het omschrijven als "de kleinste dikte van een voorwerp dat kan gedetecteerd worden door een lichtgordijn." Als we resolutie vanuit het veiligheidsscherm bekijken, dan is het "de maximale ruimte tussen twee stralen waarbij geen alarm getriggerd wordt." Zodra een voorwerp groter is dan de tussenruimte tussen twee stralen, gaat de machine in veiligheid.

Het uitstralen van de lichtpulsen verloopt volgens een vastgelegd patroon en frequentie, om externe inmenging te voorkomen

Let hierbij dat bepaalde instellingen zoals blanking (zie verder) de resolutie kunnen wijzigen. Een resolutie van 14 mm betekent dat voorwerpen met een dikte vanaf 14 mm zullen resulteren in een trigger. Hier spreken we vaak over vingerbeveiliging. Bij handbeveiliging gaat de resolutie eerder richting 30 of 40 mm. Door de kleinere resolutie kan een vingerbeveiliging dichter bij het gevaarlijke machinegebied worden geplaatst dan een handbeveiliging.

Voor inloopbeveiligingen – vaak gebruikt om complete machines af te schermen – is de resolutie nog groter en gelden grotere veiligheidsafstanden. Vaak wordt hier gebruikgemaakt van 2, 3 of 4 stralen, afhankelijk van de veiligheidsvereisten.

Reactiesnelheid

De reactiesnelheid is een functie van meerdere factoren: de stijfheid, aandrijftype (hydraulisch of elektrisch; lineair of rotatie), de krachtoverbrenging (koppeling, aandrijvingen), de remcapaciteit en de cyclustijden. Grosso modo kunnen we de reactietijd opdelen in twee grote delen: ten eerste de reactietijd van de veiligheidsinrichting zelf (t1), dus de tijd die nodig is tussen het optreden van het incident (het binnentreden van de detectiezone) en het effectief versturen van het
stopsignaal naar de machine.

Ten tweede de reactietijd van de machine (t2), want zodra het signaal aankomt in de logica van de machine is er nog een zekere tijd nodig voor het gevaar effectief volledig weg is. Denk bijvoorbeeld aan een zaagblad dat nog even blijft uitlopen. Bij de berekening van de veiligheidsafstand is het van het allergrootste belang dat beide reactietijden worden meegenomen in de formule.

Bereik

Dit is de maximale afstand tussen zender en ontvanger waarbij het veiligheidslichtscherm nog steeds betrouwbaar werkt. We onderscheiden H en L (respectievelijk de hoogte en lengte van het detectieveld). Let wel dat er een aantal plaatsingsfactoren een rechtstreekse negatieve invloed kunnen hebben op het bereik. Op locaties met veel reflecterende oppervlaktes kan de werking grondig verstoord worden. Dat resulteert voornamelijk in te veel valse alarmen. Dat leidt op zijn beurt tot frustratie bij de operatoren.

Reflecterende oppervlaktes zijn in industriële omgevingen helaas alomtegenwoordig. Glinsterende metalen machinebehuizingen, plastic verpakkingen van stukken, weerkaatsende transportbanden en krachtige lichtbronnen zorgen vaak voor problemen. De oplossing kan liggen in het verplaatsen van de opstelling maar dat is soms onmogelijk. In dat geval zal de boosdoener zelf moeten aangepakt worden, door het verven van de behuizing of een aanpassing van de verpakking. Hoe dan ook blijft testen en valideren hier de enige methode om het geheel uiteindelijk veilig te verklaren.

Muting en blanking

De situatie is eenvoudig wanneer er een grens is die nooit of op welbepaalde momenten mag overschreden worden. In die context blijft het scherm of gordijn gewoon actief of wordt het net volledig uitgeschakeld op het moment naar keuze. Het wordt echter heel wat complexer wanneer er voorwerpen zijn die door de zone moeten kunnen passeren zonder dat ze een veiligheidsmelding triggeren. Twee termen worden hier frequent door elkaar gebruikt: muting en blanking. Dit zijn evenwel géén synoniemen.

Muting

Muting is de tijdelijke en automatische onderbreking van het veiligheidslichtgordijn terwijl de machine zich in een veilige positie bevindt. Het typevoorbeeld hiervan is de aan- of afvoer van goederen: tijdens de beweging van het stuk wordt de detectiezone tijdelijk uitgeschakeld. Dat kan door de detectiezone even uit te schakelen, of door het tijdelijk bypassen van het outputsignaal. Na de beweging wordt de machine weer operationeel en het gordijn automatisch weer ingeschakeld.

Belangrijk hierbij is dat de mutingsensoren het onderscheid kunnen maken tussen een persoon en het stuk. Als een persoon de installatie betreedt tijdens de mutingfase, moet de machine automatisch stoppen. Lichtschermen kunnen nu worden uitgerust met een geïntegreerde mutingfunctie, wat het instellen van muting vergemakkelijkt.

Blanking

Bij blanking gaat het om de gedefinieerde uitschakeling van een aantal lichtstralen, teneinde een voorwerp dat zich in de detectiezone bevindt te laten passeren door dat gedefinieerde gebied zonder een alarmsignaal te triggeren. Een beweging in de niet-gedefinieerde zone geeft wél steeds een signaal. Uiteraard is het hier uitermate belangrijk dat de blanking zone zo gekozen wordt dat personen nooit de gevarenzone kunnen betreden zonder een alarm te triggeren. Hiervoor zijn dus extra sensoren en beveiliging nodig.

Verder wordt nog onderscheid gemaakt tussen twee vormen:

• Bij fixed blanking wordt een vast gebied van het lichtgordijn uitgeschakeld; het object of product kan niet buiten dat vast gebied bewegen zonder alarm.
• Bij floating blanking wordt een bepaald aantal stralen uitgeschakeld. Het product kan in deze gevarenzone vrij bewegen, dus niet alle uitgeschakelde stralen moeten altijd bedekt zijn. Pas als een object méér dan de uitgeschakelde stralen bedekt, wordt dit als veiligheidsfout gezien en wordt de stop geactiveerd.

Recente innovaties

Safety Laser Scanner

Net als lichtschermen kunnen safety laser scanners gebruikt worden om een persoon te detecteren. Normaal gezien bevindt het veld van zo'n scanner zich in een horizontaal vlak, zoals bij AGV's. Laser scanners kunnen echter ook verticaal gebruikt worden, als een lichtgordijn en het beschermingsveld kan zelfs dynamisch veranderd worden.

De kracht van algoritmen wordt tegenwoordig ook aangewend bij lichtschermen

In plaats van het uitzetten van bepaalde lichtbundels, kan je met zo'n scanner de vorm van het veld aanpassen om zo de contour van het door te laten materiaal aan te nemen op bepaalde momenten. Hierdoor is er geen nood aan bijkomende beschermende uitrusting of sensoren om te detecteren als een persoon toegang probeert te krijgen tot een bepaalde zone of machine.

Safe Entry Exit

Het Safe Entry Exit-systeem is een TÜV-gecertificeerd alternatief voor het traditionele muting. Dit systeem neemt een enkel signaal van de procescontroller als het eerste signaal en het lichtgordijn zelf als het tweede, muting signaal. Gecombineerd met tijds- en sequentiechecks is het hierdoor mogelijk om op betrouwbare wijze materiaal te detecteren en dus een mutingfunctie te initiëren. Deze techniek kan gebruikt worden om bijkomende muting sensoren overbodig te maken, waardoor de voetafdruk van het systeem aanzienlijk beperkt wordt.

Mens-materiaal differentiatie

De kracht van algoritmen wordt tegenwoordig ook aangewend bij lichtschermen. Individuele lichtbundels kunnen geëvalueerd worden, waardoor pattern recognition in een permanent actieve veiligheidssensor mogelijk is. Het resultaat is de functie om veilig te differentiëren tussen een mens en het materiaal dat effectief de gevaarlijke zone mag betreden. Dergelijk systeem legt de veiligheidsfunctie om personen te detecteren op geen enkel moment stil. Doordat de ononderbroken bundels actief blijven, is er continue beveiliging.

Enkel welbepaalde silhouetten mogen doorheen het veld van het lichtgordijn bewegen zonder de veiligheidsfunctie te triggeren; en de machine dus tot stilstand te brengen. Ook hier is het resultaat een beperkte behoefte aan muting sensoren en dus een veel eenvoudigere installatie. Het is vaak ook mogelijk om de veiligheidsafstand hiermee in te perken. Lichtbundels die niet onderbroken werden, blijven gewoon actief en kunnen dus bewegingen buiten de contour van het object detecteren.

Data en netwerken

Tot slot zijn ook lichtschermen steeds meer entiteiten die op zich heel wat data vergaren en doorsturen. Bepaalde exemplaren maken gebruik van draadloze communicatietechnologie om verbinding te maken met andere veiligheidsapparaten of besturingssystemen. Dit zorgt voor een meer flexibele plaatsing van de lichtschermen, wat in sommige fabrieksomgevingen bijzonder van pas komt.

Veel lichtschermen hebben tegenwoordig ook ingebouwde diagnosemogelijkheden, waardoor storingen kunnen gedetecteerd worden en heel wat problemen vanop afstand kunnen opgelost worden. Ook automatische kanaalconfiguratie en bidirectionele communicatie maken steeds meer deel uit van de functionaliteiten.. Dit alles vereenvoudigt installatie, configuratie en onderhoud.

Met medewerking van Pilz, Schmersal en Sick