Specifiche e uso delle funzioni di muting sulle barriere fotoelettriche

Le barriere fotoelettriche sono un componente di automazione-sicurezza comodo e discreto per proteggere le macchine e ridurre gli incidenti. In molti casi, le barriere fotoelettriche possono completare o addirittura sostituire le recinzioni metalliche e altre protezioni meccaniche rigide, conferendo al contempo funzioni di sistema aggiuntive. Infatti, molti compiti di manutenzione delle macchine (come il carico delle materie prime nelle macchine e lo scarico dei prodotti finiti all'uscita delle macchine) sono possibili solo con le barriere fotoelettriche. L'adattabilità di questi componenti di sicurezza è ideale anche alle strutture che usano robot industriali tradizionali vicino alle celle di lavoro popolate dal personale di produzione, per ridurre significativamente il rischio di lesioni.

Figura 1: Se installate correttamente e testate periodicamente, le barriere fotoelettriche correttamente azionate sono componenti semplici e preziosi per proteggere i lavoratori dai pericoli. La coppia di pali gialli di una barriera fotoelettrica in questa dimostrazione si trova dietro un pannello acrilico trasparente che non sarebbe presente in un'applicazione reale. (Immagine per gentile concessione di Design World)

Come menzionato in un precedente articolo di DigiKey sui principi base delle barriere fotoelettriche e loro parametri fondamentali, il muting è solo una delle tante impostazioni da specificare durante la progettazione. Altri parametri correlati di una barriera fotoelettrica includono la risoluzione, il posizionamento, la distanza di arresto, la classificazione di tipo EN ISO 13849-1 e il controllo perimetrale.

Impostazione, funzionamento e test del muting in una barriera fotoelettrica

L'impostazione iniziale e la calibrazione sono fondamentali per il corretto funzionamento di una barriera fotoelettrica. Per facilitare questo processo di installazione, la maggior parte dei produttori di barriere fotoelettriche oggi integrano i LED nei componenti. I semplici LED rossi e verdi funzionano indicando (accendendosi in verde) quando la barriera dell'emettitore e quella del ricevitore sono allineate correttamente o (accendendosi in rosso) quando hanno bisogno di altre regolazioni. Il personale di installazione deve assicurarsi che:

• Tutti i LED associati a tutte le aree attive della barriera fotoelettrica si accendano in verde (indicando che sono impostati correttamente)
• La distanza dalla barriera fotoelettrica al macchinario pericoloso o agli assi robotici rientri nei valori indicati dal produttore della barriera fotoelettrica, nonché dalle norme ISO, OSHA e/o ANSI applicabili

L'installazione dovrebbe avvenire in due fasi. In primo luogo, la barriera fotoelettrica deve essere installata mentre la macchina pericolosa o il progetto robotico da proteggere è completamente disalimentato - per aderire alle procedure di blocco/disinnesto appropriate. Poi (una volta verificato il funzionamento indipendente della barriera fotoelettrica) il personale di installazione dovrebbe collegare la barriera all'arresto di emergenza della zona di lavoro e testare nuovamente il sistema con l'apparecchiatura protetta alimentata e funzionante in modalità sicura.

Figura 2: La barriera fotoelettrica qui mostrata è progettata per proteggere un punto di accesso sull'apparecchiatura di una macchina di produzione compatta. È disponibile in altezze di guardia di 160, 240 e 320 mm da 0,1 a 2 m - e in risoluzioni di 14 mm (per il rilevamento delle dita) o di 24 mm (per il rilevamento della mano). Il rilevamento totale impedisce l'esistenza le punti ciechi. (Immagine per gentile concessione di Banner Engineering)

Naturalmente, le barriere fotoelettriche non sono adatte a tutte le applicazioni di protezione delle macchine. Ad esempio, sono problematiche nelle installazioni che coinvolgono superfici altamente riflettenti vicino all'area della macchina attiva. Possono anche funzionare male in ambienti con processi che emettono molto fumo - o dove esiste molto particolato nell'aria. In tali contesti, le apparecchiature sorvegliate dalle barriere fotoelettriche - se il loro perimetro viene violato - possono impiegare un tempo eccessivamente lungo per arrestarsi in sicurezza. Il problema potrebbe anche causare l'espulsione di materiale oltre all'area attiva definita. Ecco perché è fondamentale che gli ingegneri che progettano sistemi di sicurezza per ambienti fumosi e polverosi considerino attentamente se le barriere fotoelettriche proteggeranno efficacemente il personale... o se le protezioni fisiche delle macchine sono giustificate.

Una buona pratica impone che le barriere fotoelettriche siano sottoposte a un rapido test di validazione all'inizio di ogni turno per assicurarne il corretto funzionamento. Inoltre, dovrebbero essere condotte ispezioni semestrali più approfondite. Queste ispezioni dovrebbero quantificare qualsiasi deterioramento del funzionamento - specialmente eventi come tempi di risposta lenti o di oscuramento dell'area attiva della zona di lavoro. Quest'ultimo è molto importante dopo cambiamenti nell'allestimento della macchina per adattarsi alla fabbricazione di nuove linee di prodotti. Quando tali cambiamenti sono molto profondi, possono giustificare il trasferimento o persino la sostituzione delle barriere fotoelettriche intorno alla zona di lavoro... e le regolazioni della risoluzione delle barriere fotoelettriche e altre impostazioni per garantire una protezione sufficiente dell'operatore e della macchina.

Situazioni speciali che coinvolgono il muting delle barriere fotoelettriche

Le zone di lavoro molto ampie di solito richiedono la messa in sequenza di più barriere fotoelettriche. Queste sono collocate in serie per espandere il perimetro dell'area protetta. In tali installazioni, di solito richiedono l'orientamento delle barriere luminose è alternato in modo che il palo emettitore di una barriera sia opposto al palo ricevitore della barriera successiva nella linea. Questa sequenza di pali emettitore-ricevitore-emettitore-ricevitore evita la diafonia.

Naturalmente, in queste disposizioni (come con qualsiasi altra installazione) i tecnici dovrebbero assicurarsi che i pali emettitore e ricevitore di ogni barriera fotoelettrica siano orientati nello stesso modo dall'alto verso il basso in modo che l'area attiva sia coperta come previsto e mantenga la risoluzione prevista.

Quando un'area sorvegliata prevede angoli, due opzioni sono i gruppi di pali incernierati (che hanno due lunghezze diritte unite da un giunto per avvolgersi attorno ad angoli a 90° o più) e l'uso di specchi d'angolo. In questo secondo caso, tre lati di una zona di lavoro possono essere protetti con un palo emettitore, un palo ricevitore e due specchi alti. In breve, il palo emettitore punta verso un angolo stazionato da uno specchio orientato a 90° verso un secondo specchio nell'angolo successivo. I segnali dell'emettitore viaggiano dal primo specchio al secondo e poi al ricevitore nel quarto e ultimo angolo dell'area sorvegliata. Questo è un modo semplice per racchiudere un'area più grande, anche se il compromesso è che ogni riflessione dello specchio non è efficiente al 100%... quindi il segnale diminuisce a ogni riflessione. I progettisti farebbero bene a controllare le specifiche del produttore per queste configurazioni; di solito, l'intensità del segnale diminuisce dall'8 al 15% circa a ogni riflessione.

Un'ultima nota riguardante le zone di lavoro molto ampie: la maggior parte ha il potenziale di attraversamento. Questo si verifica quando un operatore attraversa il confine della barriera fotoelettrica e attiva un arresto macchina o una modalità sicura... ma è ancora in grado (se sono previsti i comandi giusti all'interno dell'area protetta) di riavviare la macchina pericolosa. Se ciò accade, l'operatore non sarà essenzialmente rilevato dalla barriera fotoelettrica all'interno della zona di lavoro pericolosa - e sarà vulnerabile a possibili lesioni o peggio. Una soluzione comune per prevenire tali situazioni è quella di omettere o disabilitare gli interruttori di avvio e i controlli sulle macchine e includere un interruttore di reset forzato esterno all'area protetta - tipicamente su un pannello operatore vicino all'HMI della cella di lavoro. Questo costringe effettivamente gli operatori della macchina a uscire dalla zona di lavoro pericolosa per riavviare l'apparecchiatura.

Muting delle barriere fotoelettriche e relative funzioni di esclusione

Alcune zone di lavoro richiedono la sospensione periodica della funzione svolta da una barriera fotoelettrica. Chiamate muting, queste sospensioni avvengono di solito durante una porzione sicura del processo di lavorazione che richiede anche l'intervento manuale dell'operatore. Ad esempio, il muting è indispensabile quando gli operatori devono caricare i pallet nell'area di ingresso di un pallettizzatore. Il muting è anche comunemente usato per permettere agli operatori di scaricare i prodotti dalla stazione di uscita di una cella robotica.

In breve, il muting della barriera fotoelettrica è coordinato da una serie di rilevatori di presenza che si aspettano materiali di una certa forma e dimensione. I rilevatori di presenza devono essere attivati in una certa sequenza per disattivare temporaneamente la porzione di barriera fotoelettrica che deve essere violata dagli oggetti. Al termine, quando l'attività che ha richiesto l'operazione di muting è completata, la funzione di protezione della barriera fotoelettrica viene ripristinata.

Figura 3: Indipendentemente dall'applicazione, la funzione di muting di una barriera fotoelettrica è progettata per consentire solo al materiale di muoversi attraverso la barriera... non al personale. Gli schemi temporali possono quantificare le specificità della funzione di muting di una barriera fotoelettrica. (Immagine per gentile concessione di Design World)

Una funzione relativa al muting è l'esclusione permanente della barriera fotoelettrica. Qui, è la stessa barriera fotoelettrica e non i rilevatori di presenza ad attivare la funzione. In breve, i fasci luminosi della barriera fotoelettrica rimangono attivi e permettono temporaneamente la violazione di oggetti che entrano nella zona di lavoro limitata - senza innescare un arresto macchina. Oppure, in una variante dell'esclusione chiamata flottante, l'elettronica della barriera fotoelettrica stabilisce una regione di esclusione più una modesta banda di tolleranza intorno a quell'area per permettere il passaggio delle merci senza costringere l'operatore a posizionare gli articoli con una precisione eccessiva.

L'esclusione della barriera fotoelettrica è comunemente utilizzata durante le operazioni macchina che richiedono l'uscita di pezzi finiti dalla zona di lavoro.

Conclusione

I progettisti che dimensionano e specificano le barriere fotoelettriche dovrebbero documentare tutti gli standard applicabili alla macchina o alla robotica da proteggere, compresi i requisiti specifici del settore e quelli degli enti governativi regionali e professionali. Una volta stabiliti, questi standard possono informare la corretta impostazione e le routine di test per una data installazione di barriere fotoelettriche ... e indicare se le condizioni mutevoli o il tipo di macchinario precludono l'uso delle barriere fotoelettriche.