gecontroleerd opheffen van veiligheidsfunctie

Muting laat aan- en afvoer toe bij lichtschermen

Om veiligheidsredenen zijn machines goed afgeschermd door middel van allerlei hekwerk, veiligheidssloten en/of lichtschermen. Maar om te produceren moet de toevoer van materialen van en naar de machine wel ongehinderd kunnen plaatsvinden. Daarbij bieden lichtschermen met mutingfunctie soelaas; een tijdelijke onderbreking van de veiligheidsfunctie kan plaatsvinden op aangeven van sensoren.

ifm1 — Muting onderbreekt tijdelijk de veiligheidsfunctie op aangeven van sensoren

lichtschermen

Het principe van lichtschermen is genoegzaam gekend: een zender en ontvanger die tegen over elkaar geplaatst worden met diodes die licht uitzenden/ontvangen en zo een 'lichtscherm' creëren. Het onderbreken van de lichtstralen van een veiligheidslichtscherm leidt vaak tot acties zoals een veilige stop, het reduceren van de productiesnelheid of het doen afgaan van een alarm.

Lichtschermen verschillen van elkaar op het vlak van lengte, resolutie en betrouwbaarheid.

Lengte

Lichtschermen zijn beschikbaar in verschillende lengtes. Ze kunnen naar keuze horizontaal of verticaal geïnstalleerd worden. Belangrijk daarbij is de berekening van de veiligheidsafstand, de afstand tussen plaatsing van het lichtscherm en de 'onveilige zone'. De formule daarvoor is "k x t + c". "k" is daarbij de naderingssnelheid, "t" de algemene stoptijd van de machine/installatie en "c" de resolutieconstante.

Lichtschermen zijn beschikbaar in verschillende lengtes en resoluties

Indicatieve waardes:

naderingssnelheid van een hand is 2.000 mm/s; een stappend lichaam haalt 1.600 mm/s
de algemene stoptijd rekent alle tijd vanaf het moment dat het lichtscherm iets detecteert tot het moment waarop de controller vermogen gaat afschakelen of iets anders activeert
de constante hangt af van de resolutie: bij vingerveilige lichtschermen wordt die constante kleiner dan bv. bij lichaamsveilige varianten. Dit omdat bij die laatste de lichtstralen meer uit elkaar liggen en je er al met de arm door kan om de gevaarlijke zone te bereiken.

Om een langere afstand te overbruggen (langer dan de beschikbare lichtschermen) of om lichtschermoplossingen te vinden bij ongewone productielijnvormen kan men de lichtschermen in cascade plaatsen. Deze seriële opstelling van zenders en ontvangers creëert dan een langere barrière van lichtstralen en dus een groter detectieveld. Belangrijk is om daarbij dode zones tussen de diverse lichtschermen te vermijden en te zorgen voor lichtschermen met dezelfde resolutie.

Lichtschermen in cascade creëeren een uitgebreide barrière van lichtstralen en dus een groter detectieveld

resolutie

Op het vlak van resolutie wordt onderscheid gemaakt naar detectiemogelijkheden van vinger, hand of lichaam. Voor vingerveiligheid geldt een resolutie van 14 mm; voor handveilig gaat het om een resolutie van 30 mm.

betrouwbaarheid

Qua betrouwbaarheid van lichtschermen zijn er drie types mogelijk: type 2, type 3 of type 4. Die types zijn dan weer gelinkt aan de Performance Levels (resp. c, d en e) waarbij type 4 de hoogst mogelijke betrouwbaarheid biedt.

aandachtspunten

Omdat lichtschermen werken volgens het principe van het onderbreken van een optische straal zijn ze natuurlijk niet ongevoelig voor zaken als stof, vibratie, tegenlicht en andere externe straling. Ongewenste effecten van tegenlicht en externe straling kan men vermijden met eventuele zijpanelen langs het lichtscherm en/of het gebruik van straalcodering. Vibratie probeert men zoveel mogelijk te vermijden door het lichtscherm separaat en stabiel te plaatsen en niet bv. vast te maken aan de machine. Een zeer stoffige omgeving is de hardnekkigste situatie om op te lossen. Men gaat dan vaak opteren voor andere technologieën zoals radar of fysiek hekwerk.

Normering

Op het vlak van lichtschermen zelf is de te volgen norm de IEC 61496. Voor de toepassingen van lichtschermen om personen te detecteren is de belangrijkste norm de IEC 62046:2018. De functionaliteiten die u verderop in dit artikel vindt, staan in die norm uitgebreid beschreven.

Muting

Een veelgevraagde functie op lichtschermen is 'muting' - het Engels voor 'dempen'. Deze functie laat een tijdelijk en automatisch opheffen van de veiligheidsfunctie(s) toe door veiligheidsgerelateerde delen van het controlesysteem. Zo wordt een noodstop van de machine vermeden indien materialen via de rolbaan door de lichtschermen passeren.

De mutingfunctie vermijdt een noodstop van de machine indien materialen via de rolbaan door de lichtschermen passeren

Je kan de mutingfunctionaliteit op het lichtscherm zelf laten uitvoeren of door een externe controller. Het is wel het geval dat er steeds twee onafhankelijke signalen nodig zijn om een muting te kunnen uitvoeren. Het lichtscherm zelf kan geen muting starten.

types

Er zijn verschillende types muting, waarbij de voornaamste vraag is: "gebruik je 2 of 4 sensoren?". De norm stipuleert dat er telkens minstens 2 onafhankelijke sensoren moeten gebruikt worden.

Cross muting maakt gebruik van 2 sensoren die met hun lichtstralen een kruis maken voor het lichtscherm. De lichtstralen kruisen in de gevaarlijke zone. Op die manier kunnen materialen in de beide richtingen passeren tijdens de muting.

sick5 — De lichtstralen van de sensoren bij cross muting kruisen in de gevaarlijke zone

Parallelmuting - of ook wel 'sequential muting' genoemd - heeft 4 sensoren nodig die in sequentie parallel voor en na het lichtscherm geplaatst worden.

De 4 sensoren staan parallel voor en na het lichtschem bij sequential muting

L-muting - "exit only" - maakt gebruik van de sequentiële, parallelle plaatsing zoals bij parallelmuting, maar slechts met 2 sensoren in de gevaarlijke zone. Het product verlaat de gevaarlijke zone en komt eerst de twee sensoren tegen en dan als laatste het lichtscherm. Een bepaalde tijd (maximum 4 seconden) na het verlaten van dat lichtscherm zal de muting gedeactiveerd worden.

sick4 — Bij L-muting zal de muting gedeactiveerd worden max. 4 seconcen na het verlaten van het lichtscherm

De plaatsing van de sensoren is strategisch zo dat het activeren van de mutingfunctionaliteit nooit per ongeluk kan gebeuren. Het verkeerdelijk activeren van de muting is dan altijd het gevolg van een opzettelijke intentie van de manipulator.

aandachtspunten

Muting is bijna altijd toepassingsspecifiek. Dat gaat dan niet enkel om de opstelling of de flow van af- en aanvoer maar ook om het soort materiaal (vorm, textuur ...) dat naar en/of uit de machine moet.

De problematiek bij muting is dat wanneer sensoren weer contact maken, de muting terug gedeactiveerd wordt. Bijvoorbeeld bij reflecterende werkstukken/verpakking kan dat voorvallen. Dit kan opgelost worden door zeker met zender/ontvanger te werken en niet met reflectoren. Ook een andere hoek voor de sensoren kan een oplossing bieden.

Ook indien er palletten worden getransporteerd, kan er tussen de palletten of zelfs doorheen de palletconstructie mogelijks terug contact zijn tussen de zender/ontvanger waardoor de muting uitvalt. Ook hier dringt zich een uitgekiende plaatsing van de sensoren zich dan op.

Een risicoanalyse is steeds nodig. Bij muting bestaat er steeds het gevaar dat een persoon zich moedwillig langs het object mee de machine of gevaarlijke zone in beweegt. De combinatie met fysieke klapdeuren wordt dan dikwijls gedaan om dit tegen te gaan. Een mogelijk alternatief daarvoor is de optische oplossing met safety scanners.

sick3 — Fysieke klapdeuren kunnen vermijden dat een persoon zich langs het object mee zich in de gevaarlijke zone beweegt

Soms kan muting ook simpelweg niet toegepast worden. Dan gaat het om producten die te variabel en inconsistent zijn. Op dat moment moet naar alternatieven gekeken worden.

Toepassingsgebieden

Lichtschermen met muting worden heel vaak gebruikt in de verpakkingsindustrie. Daar moeten wrappers of stappelaars bevoorraadt worden en de ingepakte of gestappelde goederen moeten dan opnieuw afgevoerd worden ook. Om die grote volumes door te laten op een veilige manier is muting dan de oplossing.

ANDERE METHODES

SAS
In sommige toepassingen gaat men een soort sas creëren met behulp van twee lichtschermen om zo zonder muting te kunnen produceren. Zo vallen onveilige machines tussen het eerste en het tweede scherm stil bij het doorbreken van de lichtstralen van het eerste scherm maar blijft alles na het tweede scherm nog in bedrijf. De machine stopt maar in zijn totaliteit wanneer beide schermen lichstraalonderbreking detecteren. Dit wordt vaak toegepast bij palletiseren, waar de palletten dan in de zone tussen lichtscherm 1 en 2 kunnen gebracht worden en na het terug vrijgeven van die zone kan een eventuele robot verderwerken.

BLANKING
Een werkingsprincipe dat verwant is met muting is 'blanking'. Daarbij kan aan- en afvoer naar de machine ook plaatsvinden maar er is een deel van het lichtscherm permanent uitgeschakeld. Er is dus geen secundaire sensor nodig om aan te geven wanneer de detectie wel of niet kan genegeerd worden. Deze methode vindt vooral toepassing waar manuele invoer noodzakelijk is of in combinatie met afwikkelaars. Er is bij blanking keuze tussen 'fixed' (vaststaande gedempte zone) en 'floating' (veranderbare gedempte zone).
Belangrijk daarbij is dat de sensoren van de geblankte zone dan ook voortdurend onderbroken zijn. Nog een kanttekening is dat je de veiligheid wel kunt in gevaar brengen. Een vingerveilig lichtscherm kan door blanking slechts handveilig worden omdat een toegelaten doorbreking van de lichtstralen door bv. een plank voor het lichtscherm wezenlijk niet verschilt van doorbreking door bv. een hand.
Blanking wordt dan ook minder vaak toegepast dan muting omdat de risico-analyse (en goedkeuring) veel moeilijker ligt.
De weinige toepassingsgebieden bevinden zich vooral in de metaalsector. Denk daarbij aan pers- of walsmachines; zij moeten voorzien worden van metaalplaten, hebben gevaarlijke zones die moeilijk volledig fysiek af te schermen zijn en hun eindproduct moet de machine kunnen verlaten.

PATROONHERKENNING
Zonder muting-sensoren beveiligt een horizontaal geplaatst veiligheidslichtgordijn de toevoer- en uitvoerlocaties. Met de zelflerende dynamische patroonherkenning kan het veiligheidslichtgordijn betrouwbaar tussen mens en materiaal onderscheiden. Zonder extra secundaire sensoren kan het systeem betrouwbaar onderscheid maken tussen toegestane objectpatronen, bijvoorbeeld de benen van een persoon. Storingen door kleinere objecten, bijvoorbeeld elektrische kabels of folieresten die in het veiligheidsveld steken, worden door het lichtgordijn getolereerd. Deze oplossing biedt daarmee maximale veiligheid in combinatie met een optimale beschikbaarheid.

Gecontroleerd opheffen van veiligheidsfunctie