工业安全光幕技术确保人与机器的安全

提高全球竞争力推动了通过“及时”和“精益制造”等技术不断降低制成品生产成本的努力。但是，无论工厂和工厂是否有组织，但是经常重组，安全不会受到影响。

保护人员免受机器危害不一定是昂贵的事情，但它确实需要高度可靠的设备。随着功能强大且成本低廉的LED的出现，以及易于编程的控制电子设备，安全光幕可以方便地配置以匹配各种机器，并在必要时进行有效的重新配置。

本文将概述安全光幕的最新技术进展。更高的光强度，更小的封装和易于控制是重要的方面，但可变的范围/分辨率，长寿命，高可靠性，特别是低成本，使安全光幕成为许多应用中更引人注目的选择。

具体参考欧姆龙自动化和欧姆龙的F3SG系列型号。松下工业自动化销售部的安全性和SF4B系列。

隐形灯

工业安全光幕最简单的形式包括光学发射器和接收器，用于快速检测任何破坏光栅的物体。发送信号以立即停止受保护区域内的任何危险机器运动。

光幕通常采用红外LED形式的光电发射器，将一系列同步的，平行的不可见（红外）光束投射到接收器单元。对光束进行排序并调制为特定频率的脉冲。接收器被编程为仅检测以指定频率发射的脉冲，从而避免来自其他光源的干扰。

安全光幕可配置为满足各种应用，提供不同级别的保护不同的距离和分辨率。有三大类：操作点或夹点（保护机器的特定机器或操作区域）;周边防护装置（例如保护机器人工作单元）;和区域防护（实际上是一个光栅栏）。

图1：安全光幕控制进入工业环境中潜在危险区域的途径。最高分辨率（中心）将检测手指的存在。中等分辨率（右）将感知手，而更低的分辨率可以设置为感知手臂或整个人。 （图片来源：欧姆龙STI）

工业机械用安全光幕的构造通常符合IEC61496-1或-2国际标准要求，并描述为2型或4型。类型2适用于事故可能导致轻微伤害的低风险应用。其中包括小型装配设备的保护，自动化生产设备，如拾放机，台式机器人工作站和小型包装机。

对于可能导致严重伤害或死亡的高风险应用，需要4型光幕。这些光幕通过冗余和持续监控以及许多其他安全功能具有高水平的容错性，并且通常构造在更坚固的外壳中。典型应用包括机械和液压动力压力机，模压机，冲压，成型，铆接和其他自动装配机械。

一旦确定了适当的标准，就必须考虑许多其他因素。例如，从感应场到危险的最小间隔距离由手/体速度，机器响应时间，安全光幕检测能力和响应时间确定。

待检测物体的大小决定了光学系统的分辨率，这是光束直径和相邻光束间距的函数（图1）。例如，可以指定高分辨率系统以可靠地检测手指，而可以设置中等分辨率屏幕以发信号通知手臂或脚/脚踝。低分辨率系统将用于周边和访问防护应用程序，检测何时有人直接穿过窗帘。虽然高分辨率和中等分辨率的窗帘可以在任何方向上定向，但低分辨率系统通常只能以垂直方向配置。

特性和灵活性

早期的光幕设计存在缺陷。对于某些类型的设备，它们可能难以有效安装。今天的设计在安装选项方面更加灵活。可以使垂直和水平配置的较小窗帘适合机器框架内更紧凑的空间。这不仅有助于避免盲点和死区，还可以使操作员更容易接近设备，同时还可以防止危险。

某些机器需要操作员在某些区域或特定时间间歇访问。许多系统都提供屏蔽功能，允许在机器处于周期的非危险部分（例如上行程）时绕过光幕或屏幕的各个部分或禁用传感器单元。

图2：具有静音控制功能，松下工业光幕将允许特定尺寸的物体通过，但会检测到手，例如，机器会立即停止。

在某些中等分辨率的应用中，可能需要通过光幕将材料或工具送入机器而不停止机器。消隐特征可以允许光幕被编程为忽略预定尺寸的物体，或永久静止物体，例如阻碍一部分场地的工具或输送机。

重要的是，今天的红外LED更可靠，更好地理解散热问题，延长了元件的使用寿命。微处理器控制和LED可编程的简易性使得更多安全功能成为幕帘系统的一部分。这些包括内置冗余，自检和重启互锁，从而改善故障安全操作，同时提供更大的灵活性和更低的成本。

欧姆龙自动化＆amp;安全性在其F3SG-R系列安全光幕中提供多种型号，符合Type 4和Type 2规格。手指防护型号范围从15个横梁和160毫米的保护高度到207个横梁，保护高度为2.08米。光束间隙为10 mm，物体分辨率为14 mm。操作范围为30厘米至10米（长）和30厘米至3米（短）。

中等分辨率手/臂保护装置的范围从8个190 mm的光束到124个光束，保护高度为2.51 m。光束间隙为20 mm，物体分辨率为30 mm直径。操作范围为30厘米至20米（长）和30厘米至7米（短）。

从开启到关闭的响应时间通常为8至18毫秒，具体取决于型号，或它可以设置为16至36毫秒的慢速模式。关闭响应时间为40到90毫秒。 4型单元的有效孔径角为+/- 1.5 o ，发射器和接收器的工作范围为3 m或更大，而2型单元的+/- 5 o 。

与早期版本相比，这些装置安装在更坚固的外壳中，可在恶劣条件下长期使用，并可承受工具或材料冲击产生的冲击。外壳更紧凑，但抗扭曲。快速连接电缆和连接器可缩短布线和设置所需的时间。发射器和接收器之间的光学同步现在只需要一根电缆。使用先进的电子控制装置和智能静音执行器等设施，可以轻松配置和重新配置系统，以适应不同的生产线和/或工件。

高级静音功能可以检测工件在传送带上通过的区域，并且可以承受振动，只会禁用相关的光束直到物体通过。在不同尺寸的物体在同一条线上传递的情况下，可以自动执行部分静音。

其他功能旨在减少意外停机次数，同时保持安全。例如，复位开关可以仅被编程为在满足某些条件时操作（即，除去所有检测到的物体）。降低分辨率的功能允许系统区分物体，例如自动运输车辆，以及人脚的潜在危险进入。

典型型号包括F3SG-4RA0240-14，一个手指保护装置，有23个横梁，保护高度为240毫米;和F3SG-4RA0910-30手/臂保护系统，44个横梁，保护高度为910 mm。

三种分辨率

松下工业自动化销售部最近也升级了其范围光幕。例如，Type 4 SF4B型号采用新型外壳，结构无缝，接头极小，可提高耐环境性，易于安装和操作。改进的自检电路使系统能够不断检查正确的操作并识别故障情况，例如电缆布线断开，短路和干扰。

无论光束通道数，轴间距数或并联连接的单元数如何，响应时间均为14 ms。其他功能包括易于设置的静音控制功能，手持控制器可控制特定的光轴。因此，可以对单元进行编程，以允许物体通过线而不是人。固定和浮动消隐也是可以实现的。

安全机制包括用于平滑重启和内置外部设备监控的覆盖。通过自动扫描定时偏移和双扫描/重试功能，可以最大限度地减少潜在的光干扰。

该公司提供三种分辨率的手指，手部和手臂/脚部检测单元。 SF4B-F79（V2）高分辨率型号，检测手指的感应距离为14 mm，在10 mm光束间距上有79个光束，保护高度为790 mm。对于手部保护，中等分辨率SF4B-H12-01（V2）是一个紧凑的单元，在20 mm光束间距上只有12个光束通道，保护高度为230 mm。可提供高达1.9米保护高度的单元。

最后，对于手/脚检测，SF4B-A系列在40 mm光束间距上提供16到48个光束，感测45 mm直径的物体，保护高度从630毫米到1.9米。 SF4B-A24（V2）是一个典型的例子。