การใช้ม่านแสงเพื่อเพิ่มความปลอดภัยและการวัดวัตถุ

ม่านแสงเป็นเทคโนโลยีอเนกประสงค์ แม้ว่าการใช้งานของม่านแสงมักจะเกี่ยวข้องกับการใช้งานด้านความปลอดภัย แต่ก็มีการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการป้องกันเครื่องจักรและการสร้างโซนป้องกัน การจัดการวัสดุเพื่อตรวจจับการมีอยู่ของวัตถุหรือวัดขนาดของวัตถุที่ผ่าน ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการวางตำแหน่งหรือการจัดตำแหน่งที่เหมาะสมของวัตถุสำหรับการใช้งานบรรจุภัณฑ์และการคัดแยก และการตรวจจับการบุกรุกและการควบคุมการเข้าถึงพื้นที่หวงห้าม

สำหรับการเปรียบเทียบม่านแสงและเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย พร้อมด้วยการตรวจสอบการใช้งานเครื่องสแกน โปรดดูส่วนที่ 1 ของซีรี่ส์นี้ “เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยสามารถปกป้องคนและเครื่องจักรได้อย่างไร”

บทความนี้เริ่มต้นด้วยการตรวจสอบข้อกำหนดม่านแสงที่สำคัญและมาตรฐานประสิทธิภาพ นำเสนอตัวอย่างการใช้งานเกี่ยวกับวิธีการใช้ม่านแสงในระบบควบคุมความปลอดภัยและการควบคุมการเข้าออก และวิธีการตรวจวัดม่านแสงทำงาน ในเนื้อหาจะมีการนำเสนอม่านแสงที่ถูกยกมาเป็นตัวอย่างจาก Panasonic, IDEC, Omron และ Banner Engineering

มาตรฐานและประเภทม่านแสงนิรภัย

ประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยสี่ประเภทถูกกำหนดไว้ใน International Electrotechnical Commission (IEC) 61496, ความปลอดภัยของเครื่องจักร - อุปกรณ์ป้องกันที่ไวต่อไฟฟ้า (ESPE) ประเภทที่เกี่ยวข้องคือ 2, 3 และ 4 ประเภทที่ 1 ไม่ได้กำหนดไว้สำหรับการใช้งานม่านแสงนิรภัย

IEC 61496 เพิ่มข้อกำหนดอีกชั้นหนึ่งนอกเหนือจากคำจำกัดความของระดับความสมบูรณ์ด้านความปลอดภัย (SIL) ใน IEC 61508 และองค์การระหว่างประเทศเพื่อการมาตรฐาน (ISO) 13849 ซึ่งกำหนดระดับประสิทธิภาพ (PL)

SIL ได้รับการจัดอันดับตั้งแต่ 1 ถึง 3 โดย SIL 3 เป็นระดับสูงสุด และ PL ได้รับการจัดอันดับตั้งแต่ “a” ถึง “e” โดย PLe เป็นระดับที่มีความต้องการมากที่สุด เมื่อใช้การแบ่งประเภทใน IEC 61496 ม่านแสงโดยทั่วไปจะจัดอยู่ในประเภท 2 และ 4 แม้ว่าจะมีบางส่วนที่ได้รับการจัดอันดับให้เป็นอุปกรณ์ประเภท 3 เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดประเภทที่ 3 ปัจจัยสำคัญบางประการในการจำแนกประเภท ได้แก่:

ประเภทที่ 2 อุปกรณ์ต้องเป็นไปตาม SIL 1 และ PLCc มีไว้สำหรับใช้ในการใช้งานที่มีความเสี่ยงต่ำ ซึ่งข้อผิดพลาดอาจส่งผลให้เกิดการบาดเจ็บ เช่น การกระแทกหรือการช้ำ การล้ม บาดแผลเล็กน้อย และรอยถลอก หรือการติดกับดักแต่ไม่กระแทก IEC 61496 กำหนดให้อุปกรณ์ทำการตรวจสอบตัวเองระหว่างการเริ่มต้นระบบและเป็นระยะระหว่างการทำงาน อุปกรณ์เหล่านี้ไม่มีวงจรตรวจสอบตัวเองอัตโนมัติซ้ำซ้อนในม่านแสงประเภท 4 มุมรูรับแสงใช้งานจริง (EAA) ที่กำหนดขอบเขตการมองเห็นจะต้องอยู่ที่ ±5 องศาหรือแคบกว่า ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการรบกวนทางแสงและข้อผิดพลาดได้

ประเภทที่ 3 ESPE เช่น เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยและม่านแสงบางอันต้องเป็นไปตาม SIL 2 และ PLd และ "ได้รับการออกแบบมาเพื่อไม่ให้เกิดอันตรายเนื่องจากข้อผิดพลาดเพียงครั้งเดียว แต่สามารถไม่เกิดอันตรายได้เนื่องจากการสะสมของข้อบกพร่อง" อุปกรณ์เหล่านี้ยังมีข้อกำหนดความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) ที่เข้มงวดมากกว่าอุปกรณ์ประเภท 2 อุปกรณ์ประเภท 3 เหมาะสำหรับการใช้งานที่คำนึงถึงความปลอดภัยเป็นอย่างมาก

ประเภทที่ 4 ม่านแสงได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงความปลอดภัยเป็นสำคัญ ต้องเป็นไปตามมาตรฐานสูงสุด PLe และ SIL 3 ออกแบบมาให้ “ไม่ล้มเหลวต่ออันตรายอันเนื่องมาจากความล้มเหลวเพียงครั้งเดียวหรือการสะสมของข้อบกพร่อง” มี EAA ที่น้อยกว่า ±2.5 องศา ทำให้ไวต่อการรบกวนทางแสงน้อยลง และสามารถจดจำวัตถุได้สะดวกยิ่งขึ้น จำเป็นต้องเป็นไปตามข้อกำหนด EMC ที่เข้มงวดที่สุด

ม่านแสงประเภท 2 มีต้นทุนต่ำกว่าม่านแสงประเภท 4 ถึง 30% เนื่องจากราคาที่ถูกกว่าและวงจรตรวจจับข้อผิดพลาดที่ง่ายกว่า ม่านแสงประเภท 4 มีจำหน่ายในช่วงความละเอียดที่กว้างกว่า รวมถึง 14 มม. สำหรับระบุนิ้วมือ, 30 มม. สำหรับมือ, 50 มม. สำหรับขา และ 90 มม. สำหรับการปรากฏตัวของร่างกาย ในทางตรงกันข้าม ม่านแสงประเภท 2 โดยทั่วไปจะถูกจำกัดไว้ที่ความละเอียดสูงกว่า (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: โดยทั่วไปม่านแสงประเภท 4 จะมีความละเอียดขั้นต่ำน้อยกว่ายูนิตประเภท 2 (แหล่งรูปภาพ: IDEC)

นอกเหนือจากการตรวจจับวัตถุที่มีขนาดแตกต่างกันแล้ว ลำแสงในม่านแสงยังสามารถควบคุมทีละรายการได้ เพื่อให้มีฟังก์ชันขั้นสูงเพิ่มเติม เช่น การปิดเสียง การเว้นว่าง และการวัดขนาดและจำนวนวัตถุ

การปิดและปิดม่านแสง

การปิดและปิดม่านแสงหมายถึงการปิดม่านแสงทั้งหมดหรือบางส่วนภายใต้สถานการณ์เฉพาะ การปิดเสียงเป็นกระบวนการอัตโนมัติที่จะระงับการป้องกันม่านแสงทั้งหมดหรือบางส่วน และโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นในระหว่างส่วนที่ไม่เป็นอันตรายของวงจรการทำงานของเครื่องจักร สามารถปล่อยให้วัสดุเข้าสู่พื้นที่ทำงานโดยไม่ต้องหยุดกิจกรรมที่เป็นอันตรายใด ๆ เมื่อวัสดุเข้าสู่พื้นที่ทำงานแล้ว ฟังก์ชันการป้องกันทั้งหมดของม่านแสงจะเริ่มต้นใหม่อีกครั้ง

การใช้งานทั่วไปสำหรับการปิดเสียง ได้แก่:

• ช่วยให้สามารถเข้า/ออกพาเลทบนเครื่องจัดเรียงพาเลทระหว่างการปฏิบัติงานได้
• ช่วยให้วัสดุสามารถเคลื่อนย้ายระหว่างพื้นที่ในกระบวนการผลิตแบบอัตโนมัติในขณะที่ยังคงปกป้องบุคลากรเมื่อเครื่องจักรทำงาน

รูปที่ 2: การใช้การปิดม่านแสงจะช่วยให้วัตถุที่มีขนาดเฉพาะเจาะจงผ่านไปได้โดยไม่รบกวนการทำงานของเครื่อง (ซ้าย) แต่จะตรวจจับวัตถุอื่นๆ เช่น มือหรือนิ้ว (ขวา) แล้วหยุดเครื่อง (แหล่งที่มาภาพ: Panasonic)

การปิดบังเกี่ยวข้องกับการปิดม่านแสงบางส่วนโดยไม่ทำให้เครื่องไม่สามารถป้องกันได้ นอกจากนี้ยังสามารถอนุญาตให้ผู้คนเข้าถึงพื้นที่ได้อย่างจำกัดในช่วงเวลาที่ปลอดภัย การใช้งานทั่วไปสำหรับการปัดเศษได้แก่:

• การเข้าถึงเพื่อโหลดหรือขนถ่ายเวิร์กสเตชันหุ่นยนต์ในช่วงเวลาที่ปลอดภัย
• การเข้าถึงเครื่องเจาะไฮดรอลิกในระหว่างรอบการขึ้น

ม่านปรับแสงแบบที่ 2

ม่านแสงซีรีส์ Type 2 SG2 จาก IDEC มีจำหน่ายทั้งแบบมือถือและแบบป้องกันการแสดงตน ตัวอย่างเช่น รุ่น SG2-90-030-OO-X ที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อการตรวจจับการมีอยู่ด้วยความสูงควบคุม 300 มม. และความละเอียด 90 มม. ประกอบด้วยฟังก์ชันทดสอบ/รีสตาร์ท และระบบการจัดตำแหน่งแบบบูรณาการเพื่อเพิ่มความเร็วในการปรับใช้ ขายึดแบบหมุนช่วยเพิ่มความเร็วในการติดตั้งและการจัดตำแหน่งของหน่วยส่งและรับได้อย่างง่ายดาย แม้ในการใช้งานที่ใช้กระจกเงาหรือใช้งานในระยะทางสูงสุด 19 m

การปิดเสียงและการปิดบังในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

การใช้งานม่านแสงนิรภัยในคลังสินค้าห้องเย็นที่มีอุณหภูมิต่ำถึง -30°C กระบวนการทำงานที่เป็นโลหะ เช่น เครื่องปั๊มที่ต้องการการป้องกันน้ำเข้าที่ระดับ IP67G และการทำงานอื่น ๆ ในสภาพแวดล้อมที่มีฝุ่นและสกปรกรุนแรง เช่น การผลิตยานยนต์และเครื่องมือกลสามารถใช้งานซีรีส์ F3SG-SR จาก Omron ได้ ม่านแสงประเภท 4 เหล่านี้มีฟังก์ชันการปิดเสียงพร้อมฟังก์ชันการกั้นแบบคงที่และแบบลอย

ม่านแสง F3SG-SR มีความสูงในการป้องกันตั้งแต่ 160 mm ถึง 2,480 mm เมื่อจำเป็นต้องตรวจจับมือหรือวัตถุอื่น ๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 25 mm ผู้ออกแบบระบบความปลอดภัยสามารถหันไปใช้ F3SG-4SRA0280-25-F ที่รองรับความยาวที่ยืดหยุ่นโดยเพิ่มทีละ 40 mm ถึง 1,000 mm โดยใช้คาน 27 อันที่มีความสูงป้องกัน 280 mm ได้ (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: ม่านแสงนี้รองรับความยาวที่ยืดหยุ่นโดยเพิ่มขั้นละ 40 mm โดยมีความสูงในการป้องกัน 280 mm (แหล่งที่มาภาพ: Omron)

ทนทานต่อการบิด การบิดงอ และการกระแทก

เมื่อใช้ม่านปรับแสงในบริเวณที่อาจถูกกระแทกและการบิดตัว นักออกแบบระบบสามารถหันไปใช้ม่านปรับแสง Type 4 ซีรีส์ SF4D จาก Panasonic รุ่นยาว 630 mm SF4D-H32-0 มีระดับ IP67 ความละเอียด 25 mm สำหรับการป้องกันมือ และฟังก์ชันการปิดและปิดเสียงในตัว

กุญแจสำคัญสู่ความทนทานของม่านกันแสงเหล่านี้คือยูนิตภายในที่ออกแบบใหม่ ซึ่งทำให้เคสได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่ง หน่วยภายในกินพื้นที่น้อยกว่า 40% ของปริมาตรของรุ่นก่อนหน้า ทำให้ความหนาของเคสเพิ่มขึ้นอย่างมาก (รูปที่ 4) แม้ว่ายูนิตภายในจะมีขนาดเล็กลง แต่เอาต์พุตแบบออปติคอลก็เพิ่มขึ้นและเวลาตอบสนองการปิดของเอาต์พุตควบคุมคือ 10 มิลลิวินาทีหรือน้อยกว่า หรือ 18 มิลลิวินาทีหรือน้อยกว่าเมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือแบบขนาน

รูปที่ 4: หน่วยภายในที่มีขนาดกะทัดรัดยิ่งขึ้นที่สามารถรองรับเอาต์พุตออปติคอลที่สูงขึ้น ในขณะเดียวกันก็ทำให้มีตัวเครื่องที่หนาขึ้นอย่างเห็นได้ชัด (แหล่งที่มาภาพ: Panasonic)

วัดด้วยม่านแสง

ม่านแสงที่ออกแบบมาสำหรับการวัดวัตถุโดยทั่วไปจะมีสามโหมด ได้แก่ การสแกนแบบตรง การสแกนแบบด้านเดียว และการสแกนแบบสองด้าน ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญ ได้แก่ ขนาดการตรวจจับวัตถุขั้นต่ำ (MODS) และความละเอียดขอบ (ER)

การสแกนแบบตรงมักจะเป็นโหมดเริ่มต้น และลำแสงจะถูกสแกนตามลำดับจากปลายจอแสดงผลไปยังปลายด้านตรงข้ามของอาเรย์ เมื่อพบลำแสงแรกที่ไม่มีสิ่งกีดขวาง การวัดจะถูกกำหนด ความไวโดยทั่วไปสำหรับการสแกนแบบตรงโดยใช้โหมดคอนทราสต์ต่ำคือ MODS 5 mm และ ER 5 mm หากใช้โหมดสแกนเนอร์ที่มีอัตราขยายสูง MODS คือ 10 mm และ ER คือ 5 mm การสแกนแบบด้านเดียวและสองด้านสามารถให้ MODS 10 mm และ ER 2.5 mm

การสแกนแบบขอบเดียวเริ่มต้นด้วยลำแสงแรก (ต่ำสุด) ที่ถูกปิดกั้น เพื่อบ่งชี้ว่ามีวัตถุอยู่ จากนั้นม่านก็เช็คคานกลาง เครื่องสแกนจะดูที่ลำแสงด้านล่างเพื่อดูว่าลำแสงตรงกลางไม่ได้ถูกบล็อกหรือไม่ เครื่องสแกนจะตรวจดูลำแสงด้านบนเพื่อดูว่าลำแสงตรงกลางถูกปิดกั้นหรือไม่

เมื่อพิจารณาแล้วว่าคานด้านบนหรือด้านล่างถูกบล็อกหรือปลดบล็อกแล้ว ให้แบ่งจำนวนคานครึ่งหนึ่งไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งพบขอบด้านบนของวัตถุ

ในกรณีที่ลำแสงแรกไม่จำเป็นต้องถูกปิดกั้น สามารถใช้ double-edge ได้ และเริ่มต้นด้วยการเลือกขนาดขั้น โดยปกติจะเป็น 1, 2, 4, 8, 16 หรือ 32 ขึ้นอยู่กับการใช้งาน เริ่มต้นด้วยลำแสงเปิดใช้งานม่าน 1 หากลำแสงนั้นถูกปิดกั้น แสดงว่ามีการระบุขอบแรกแล้ว หากไม่ถูกปิดกั้น ม่านจะเปิดใช้งานลำแสงถัดไป ซึ่งจะพิจารณาจากขนาดขั้นบันได ตัวอย่างเช่น หากขนาดขั้นเป็น 4 ลำแสง 5 จะถูกเปิดใช้งาน

หากลำแสงที่เปิดใช้งานไม่ถูกปิดกั้น ม่านจะดำเนินขั้นตอนต่อไปจนกว่าจะพบลำแสงที่ถูกปิดกั้น ณ จุดนั้น การค้นหาแบบไบนารีกลับไปยังจุดเริ่มต้นจะใช้เพื่อระบุลำแสงแรกที่ถูกบล็อก และขอบที่สอดคล้องกันจะถูกระบุ กระบวนการนี้ทำซ้ำ คราวนี้ใช้ขอบที่ระบุเป็นจุดอ้างอิง และขั้นตอนการก้าวเพื่อระบุลำแสงที่ไม่ถูกบล็อก จากนั้นย้อนรอยเพื่อค้นหาลำแสงหมายเลขสูงสุดที่ถูกบล็อก เพื่อระบุขอบที่สอง

รูปที่ 5: ตัวอย่างลำดับลำแสงในการสแกนแบบสองขอบ (แหล่งที่มารูปภาพ: Banner Engineering)

ม่านแสงสำหรับวัด

หน้าจอวัดแสง A-GAGE EZ-ARRAY จาก Banner Engineering ได้รับการออกแบบมาเพื่อการใช้งานต่าง ๆ เช่น การกำหนดขนาดผลิตภัณฑ์และการจัดทำโปรไฟล์แบบเรียลไทม์ การนำขอบและการนำกึ่งกลาง การตรวจจับรู การนับชิ้นส่วน และอื่น ๆ ตัวส่งและตัวรับมีความยาวตั้งแต่ 150 ถึง 2400 mm (5.9 ถึง 94.5 in) (รูปที่ 6) ตัวอย่างเช่น รุ่นEA5E600Q ยาว 600 mm (23.6 in) มีคาน 120 อัน ม่านแสงเหล่านี้สนับสนุนการตรวจสอบและตรวจสอบกระบวนการ การทำโปรไฟล์ และระบบนำทางรางด้วยความเร็วสูงที่แม่นยำ คุณสมบัติเพิ่มเติม ได้แก่

• ตัวเลือกการสแกนมากมาย:
  • โหมดการวิเคราะห์การสแกน (การวัด) 16 โหมด
  • วิธีการสแกนสามวิธี
  • การตัดลำแสงแบบเลือกได้
• สวิตช์ DIP หกตำแหน่งสำหรับการตั้งค่าโหมดสแกน โหมดการวัด ความชันแบบอนาล็อก และการตั้งค่าแยกสำหรับการวัดเสริมหรือการดำเนินการแจ้งเตือน

รูปที่ 6: ม่านแสงในกลุ่ม A-GAGE EZ-ARRAY มีความยาวตั้งแต่ 150 mm ถึง 2400 mm (แหล่งที่มารูปภาพ: Banner Engineering)

สรุป

ม่านกันแสงทำได้มากกว่าการป้องกันการเข้าถึงพื้นที่อันตรายและละเอียดอ่อน โดยการปกป้องทั้งคนและเครื่องจักร สามารถรองรับการเข้าถึงที่ควบคุมได้โดยใช้ฟังก์ชันการเว้นวรรคและการปิดเสียงเพื่อเพิ่มผลผลิต ม่านแสงยังสามารถรองรับเทคนิคการวัดแบบไม่สัมผัสซึ่งวัดวัตถุหลายมิติได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ