Was Ingenieure über kompakte Sicherheitslaserscanner wissen müssen

Wenn Sie den Boden in Millimetern zerkleinern und Ihre Maschinenlayouts keine umständliche Schutzhardware zulassen, ist ein kompakter Sicherheitslaserscanner das zusätzliche Sicherheitspolster, das Sie zuvor nicht hatten. Der globale Markt für Sicherheitslaserscanner wurde auf $469 geschätzt.8M im Jahr 2023, mit einem CAGR von etwas mehr als 6% (und dem am schnellsten wachsenden Segment (in diesem Fall Modellgröße). Die Kompaktscanner von $469.8M, wobei fast alle ihre Expansion durch AGV/AMR-Flotteneinsätze vorangetrieben wird. Hier ist Schritt für Schritt zu erklären, wie sie funktionieren, welche Spezifikationen sich wirklich auf Ihr Risiko auswirken und wohin diese Maschinen gehen sollen.

Was ist ein kompakter Sicherheitslaserscanner und wie funktioniert er?

Elektroempfindliche Schutzausrüstung vom Typ 3 (ESPE) Kompaktsicherheitslaser-Scanner (auf gepulster Laserdiodebasis, empfindlich gegenüber dem Vorhandensein von Objekten in einer drei (als zwei)dimensionalen Ebene gemäß der Klassifizierungsnorm IEC 61496-3). Das Gerät verwendet eine 820-950 nm (infra-rote) Laserdiode, die das Vorhandensein von Objekten in der Ebene durch diffuse Reflexion (im Gegensatz zu einer bestimmten Laserstrahlsignatur) erkennt. Als jedes Objekt kehrt ein ein einfallender Laserenergieempfänger mit 1,8% oder mehr zurück zum.

Funktionsprinzip ist Flugzeit (ToF) trianguliert gegen einen rotierenden Spiegel Ein elektrisch motorisch angetriebener Spiegel innerhalb des Scannergehäuses befindet sich in ständiger Rotation, wodurch der Laserstrahl um einen horizontalen Bogen von 270-275 schwenkt Der Scanner pulsiert in jeder Position und misst die Zeit, die das reflektierte Signal benötigt, um zurückzukehren.

Abstand= (Lichtgeschwindigkeit Hin - und Rückfahrzeit) /2. Der Scanner vergleicht die verschiedenen Abstände mit in das Gerät programmierten Feldgrenzen und wenn irgendeine Messung innerhalb der aktiven Schutzzone liegt, dann werden die Sicherheitsausgänge innerhalb der Nennantwortzeit stromlos gemacht

“Compact” bezieht sich hier auf die physische Einhausung und Masse – ca. 1,2 kg maximal, Abmessungen ca. 80-100 mm Würfel – keine Verringerung der Sicherheitsintegrität. A. Kompakter Sicherheitslaserscanner Muss als Vollgröße den gleichen Anforderungen der IEC 61496 Typ 3 entsprechen.

Was macht ein kompakter Sicherheitslaserscanner?

Praktisch gesehen erfüllen diese Geräte drei verschiedene Aufgaben im Werksgeschoss:

• Der Bereichsschutz – klassifiziert eine Absperrung einer gefährlichen Zone, die um eine sich bewegende Maschine oder ein Gerät herum erscheint. Wenn sich in diesem Code ein Objekt oder eine Person befindet, stoppt das Gerät oder seine Geschwindigkeit nimmt auf den sicheren Zustand ab.
• Virtueller Schutz Finahipp Vonimop – Überwachung des Zugangs zu einer gefährlichen Zone Anders als beim festen Schutz berücksichtigt die programmierbare Form der Zone die Öffnungen/Ausgänge/Asynchronismen.
• Kollisionsverhinderung - montiert auf AGVs und AMRs. Es erkennt Hindernisse im Fahrweg des Fahrzeugs und veranlasst den Fahrer, kurz vor der Kollision zu bremsen.

Das Segment der kleinen Pakete selbst erzeugt ungefähr $84 M des Marktes für aggregierte Sicherheitsscanner und wächst schneller als der traditionelle Scannersektor, als Folge der AGV/AMR-Einführungswelle in Logistik, Automobilmontage und HalbleiterfertigungDie Physik dahinter ist einfach: Kleine Fahrzeuge haben entsprechend kleine Nutzlastbudgets, schmale Gänge erfordern nicht protrusive Sensoren, und Cobot-Zellen sind einfach zu klein für 2 kg Schutzhardware.

Die Reife der Sicherheitslaserscanner-Technologie ist beeindruckend Die größte Änderung war jedoch der bevorzugte Ansatz der Ingenieure zur Integration. Der häufige Fehler ist immer wieder zu erkennen. „Sie behandeln den Scanner als nachträglichen Gedanken. „Eine Anordnung der Nachbearbeitung wurde bereits beschlossen. Aber der Scanner sollte von Anfang an so konzipiert sein, dass die Feldgeometrie, die Reaktionszeit und die Montageposition alle Einfluss auf die Berechnung des Sicherheitsabstands haben, der dann die Positionierung der Gefahrenzonengrenze bestimmt.

Zertifizierter Kidman, Ph.D, TÜV Rheinland, Functional Safety Engineer, SICK UK

Wichtige technische Spezifikationen zur Bewertung

Datenblätter für Sicherheitslaserscanner listen ein Dutzend oder mehr Specs aufDie meisten Ingenieure vergleichen nur die Reichweite und den Scanwinkel und gehen davon aus, dass das gut genug ist Aber in Wirklichkeit bestimmen fünf Specs das Installationsdesign, und zwei von ihnen regeln, ob Ihre Sicherheitsabstandsberechnung die Anwendungsprüfung besteht.

Schutzbereich ist der maximale Radius, bei dem ein vorgegebener minimaler Objektdurchmesser (zum Körperschutz meist 70 mm) erkannt wird, jenseits des Schutzbereichs können kleine Objekte vorbeirutschen Warnbereich kann ein größerer Radius sein, der die Vorwarnung z. B. Ihr AGV verlangsamt, bevor die Schutzzone einen Vollstopp auslöst.

Der Abtastwinkel von 270 oder 275 bedeutet, dass ein einzelner Scanner keine 360-Abdeckung ohne Überlappung mit einer zweiten Einheit bieten kann. Für die AGV-Eckenmontage bieten die 275 Modelle eine zusätzliche Verstärkungsmarge von 5 Überlappungen.

Minimal detecable object (MDO) wird bei gegebener Reichweite angegeben (1,81TP3 T minimum reflectance, specific ambient light).MDO verschlechtert sich im Allgemeinen bei den maximalen Grenzen des Schutzbereichs. 70 mm Detektion ein Scanner darf ein 30 mm Objekt nur konsequent erkennen, wenn er näher beieinander liegt.

Feldsätze (erhältlich über Feldsatzbänke oder Schalteingaben) bestimmen die Menge an vorprogrammierten Zonen, zwischen denen der Scanner im laufenden Betrieb wechseln kann. Ein AGV-Übergang zwischen verschiedenen Geschwindigkeitszonen in einer einzelnen Anlage erfordert Bankwechsel 16 Feldsätze; komplexe Einrichtungen können jedoch von mehr profitieren (32 und sogar 70).

Die Reaktionszeit hat wohl den größten Designeinfluss und wird direkt durch die Sicherheitsabstandsgleichung bestimmt.

Nachfolgend finden Sie veröffentlichte Spezifikationen für drei beliebte Kompaktscannerserien:

Spezifikation	SICK nanoScan3	Omron OS32C	Keyence SZ-V
Schutzbereich	3 m	4 m	8,4 m
Warnbereich	20 m	15 m	26 m
Abtastwinkel	275°	270°	270°
Feldsätze	16	70	32
Stromverbrauch	~10 W	5 W	~15 W

Das Kriterium, das während des Auswahlprozesses am häufigsten übersehen wird, ist die Mehrfachabtastung Die Typ-3-Scanner sind werkseitig so eingestellt, dass sie 2 x Abtastung für statische Anwendungen, 4 x für mobile und 8 x für staubige oder schmutzige Umgebungen verwenden. Die meisten Sondenautoren berichten, dass die Hinzufügung jedes Abtastzyklus den effektiven Wert der Reaktionszeit erhöht. Wie eine Sondennotiz aus SICK-Zuständen besagt: “Wenn die Mehrfachabtastung zu hoch eingestellt ist, kann es sein, dass eine Person das Schutzfeld passieren kann, ohne entdeckt zu werden.”” Das Gegenteil ist auch der Fall. Die Anpassung der Mehrfachabtastung in einer staubigen Umgebung führt zu Fehlfahrten, die die Produktion stören. Die Auswahl des richtigen Werts für die Mehrfachabtastung ist entscheidend.

Kompakte vs. Standard-Sicherheitslaserscanner: Wenn es auf die Größe ankommt

Was einen Kompakten von einem Standard-Sicherheitslaserscanner unterscheidet, ist Größe und Gewicht – keine Leistungshierarchie. Beide Kategorien verfügen über das vollständige Spektrum der IEC 61496 Typ 3-Zertifizierungen. Ein Vergleich veröffentlichter Spezifikationen zeigt die Unterscheidung zuverlässiger.

Spezifikation	Kompakt (nanoScan3)	Standard (S3000-Klasse)
Schutzbereich	3 m	7 m
Warnbereich	20 m	40 m
Abtastwinkel	275°	270°
Maße (ca)	80 × 80 × 95 mm	155 × 185 × 160 mm
Gewicht	~0,5 kg	~2,5 kg
Feldsätze	16	128

Welche Reichweite hat ein Sicherheitslaserscanner?

Kompakte Einheiten bieten einen Schutzabstand von 2-5,5 m, wobei die Warnzonen 15-20 m erreichen; Standardeinheiten schützen bis zu 8,4 m oder mehr (nicht spezifisch für IKs, aber in Tests nach der Spezifikation IEC 61496).Schutzabstände werden immer unter Laborbedingungen getestet, die ein Reflexionsvermögen von mindestens 101TP3 T bei vorgegebenen Umgebungslichtwerten beinhalten Bei realen Bedingungen, die die Spiegelnatur, hohes Umgebungslicht oder Luftverschmutzung beinhalten, kann der gemessene Bereich kürzer sein.

Eine wenig bekannte technische Erkenntnis aus der Gemeinschaft der Sicherheitsintegratoren ist, dass ein Kompaktscanner mit kürzerer Schutzreichweite, die sein Wettbewerber in Standardgröße haben wird, oft eine bessere Leistung mit Staub oder Feinstaub hat Der Grund dafür ist, dass es durch die verkürzte Schutzreichweite einfacher ist, das optische System einfacher zu machen – und dadurch weniger Variablen haben, die von der Bauteildrift betroffen sind Dies führt zu einer kürzeren Reaktionszeit, weniger Störfahrten und einer besseren Betriebsstabilität unter mittleren Staubbedingungen – auch wenn die Gewichts- und Größenvorteile nicht berücksichtigt werden.

Mit “kompakt = weniger sicher” definiert als in Fehler IEC 61496 Typ 3 stellt sicher, dass die Leistungsstandards unabhängig von der Gehäusegröße gleich sind Von allen Scannern “kompakt oder anderweitig – – es wurde garantiert, dass beide ein Mindestreflexionsniveau (jeder Test umfasst das angegebene Mindestniveau) erfüllen, beide den Reaktionszeittest überschreiten, und beide haben nachweislich redunante Komponentendesignkriterien erfüllt.

Entscheidungsrahmen:

• Montagetiefe vorhanden < 150 mm → Kompaktscanner
• Erforderlicher Schutzbereich > 5 m → Standardscanner
• AGV mit Nutzlast- oder Batteriebeschränkungen ist kompakt (Gewichtsbudget ist wichtig)
• Fester Perimeterschutz mit > 100 Feldsatzanforderung Standardscanner

Für einen allgemeinen Vergleich über die Familie der Sicherheitslaserscanner, sehen Sie sich das komplette Sortiment und die veröffentlichte Spezifikation an.

Top-Anwendungen für kompakte Sicherheitslaserscanner

Ein häufiges Klagelied zertifizierter funktionaler Sicherheitsingenieure: Die Feldsatz-Schaltlogik muss so leistungsfähig sein wie der Scanner, wenn der Scanner mit PLd/SIL 2 bewertet ist, müssen die Eingänge, die Feld-Toggles setzen, wie Geschwindigkeitssignale, Richtungsgeber, Zonenauslöser, alle über einen SIL 2-bewerteten Sicherheitscontroller gehandhabt werden Es ist ein bekannter Non-Compliance-Pfad, einen regulären SPS-Ausgang zum Schalten von Sicherheitsfeldsätzen zu verwenden.

Für den Zugangsschutz in fester Position, bei dem die Zonenform eine einfache Öffnung und keine leicht programmierbare 2 D-Form ist, ist, Sicherheitslichtvorhänge sind die kostengünstigere, höher aufgelöste Auswahl.

Sicherheitsstandards und Compliance-Anforderungen

Standard	Voraussetzung	Was es für Ingenieure bedeutet
IEC 61496-3:2018	Typ 3 ESPE	Aktive optoelektronische Schutzvorrichtung mit diffuser Reflexion; mindestens 1,81 TP3 T-Reflexionserkennung; Inneneinsatz bei 820 – 950 nm Wellenlänge
IEC 61508:2010	SIL 2	Gefährliche Ausfallrate zwischen 10 -7 und 10 -6 pro Stunde; systematische Fähigkeit SC 3 erforderlich
ISO 13849-1:2023	PLd, Kategorie 3	Redundante Sicherheitskanäle; Einfehlertolerant; gut ausprobierte Komponenten erforderlich; MTTFd hoch
ISO 13855:2024	Sicherheitsabstand	S = (K × T) + C; mindestens 100 mm Sicherheitsabstand unabhängig vom Berechnungsergebnis; Durch den Körperteil definierte Annäherungsgeschwindigkeitskonstanten

Normen, die ausdrücklich vorschreiben, dass IEC 61496-konforme Sicherheitsvorrichtungen in mobilen und Roboterfahrzeugen verwendet werden müssen:

• ISO 3691-4 – Flurförderzeuge: fahrerlose Lkw und ihre Systeme Fordert ESPE-Sicherheitsvorrichtungen, die IEC 61496-konform sind.
• ANSI/RIA R15.08 – Industrielle mobile Roboter: Sicherheitsanforderungen für Entwurf, Bau und Inbetriebnahme. Verweist auf IEC 61496, um die Flächenerfassung festzulegen.
• ISO 10218-2 - Robotersicherheit: Sicherheitsanforderungen für Industrieroboter, Design und Implementierung. Beschreibt die Schutzstoppanforderungen, die ein Laserscanner erfüllen muss, wenn er für kollaborative Arbeiten verwendet wird.

Bewertet vom Ingenieurteam von CCH Shanghai 20+ Jahre Branchenerfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Sicherheitssensoren

So wählen Sie den richtigen kompakten Sicherheitslaserscanner aus

Die Auswahl des Scanners sollte ein logischer Prozess sein, kein Vergleich der Datenblattspezifikationen. Der logische Rahmen unter 3-3-3 Regel – Regel – bietet ein einfaches, logisches Startframework, das drei Dimensionen berücksichtigt, die die meisten Ingenieure bei der Auswahl kompakter Scanner übersehen.

Was sind die Nachteile von Laserscannern?

Ehrliche Antwort: mehrere, und sie sind für die Auswahl der Bewerbung wichtig.

Umweltbedingungen sind wichtiger als jeder andere Faktor Staub, Nebel und Regen in der Luft verursachen Laserstrahlstreuung, die die effektive Reichweite verringert und Fehlauslöseereignisse erhöht Die Norm IEC 61496-3 ist ein regulatorisches Gerät nur für den Innenbereich (820-950 nm Wellenlängenbereich, der teilweise ausgewählt wurde, um das Eindringen von Sonnenstrahlung zu begrenzen).Für Anwendungen im Freien oder mit hoher Luftfeuchtigkeit suchen Sie nach ISO 62998-zertifizierten Scannern oder proprietären Außenlinsen, die einen sehr kleinen Teil des Marktes ausmachen.

Dither bei Reichweitengrenzen – minimale erkennbare Objekt steigt mit MDO in Richtung der Grenze des Schutzbereichs. Ein Scanner mit einer Nennleistung von 70 mm MDO bei 3 m löst möglicherweise zuverlässig nur 30 mm-Objekte bei 1 m. Für Felder, die eine Extremitätenerkennung mit kleinem Durchmesser bei maximaler Reichweite erfordern, überprüfen Sie die MDO-Spezifikationen auf die tatsächliche Distanz.

Kosten auf der Ebene von Alternativen – für einen einfachen Zugangschutz auf einer Ebene, der in einer festen Maschinenöffnung montiert ist, a Sicherheitslichtvorhang Typ 4 Bessere Auflösung, höhere PL, und geringere Kosten als ein Scanner aufweist Scanner sind eine kostengünstige Lösung, wann immer die Flexibilität der Zonenform, die 2 D-Bereichsabdeckung oder die mobile Montage Ihr Anliegen ist.

Antwortzeit versus Mehrfachabtastung kompromiss – wie beschrieben, erhöht eine erhöhte Mehrfachabtastung die Antwortzeit und damit den erforderlichen Sicherheitsabstand. Bei Anwendungen, die eine genuin 8-Proben-Umgebung erfordern, kann die resultierende Antwortzeit dazu führen, dass die Sicherheitsabstandsspezifikation zu hoch wird, was zu Herausforderungen bei der Installation führt.

Häufig gestellte Fragen

Was kostet ein kompakter Sicherheitslaserscanner?

Entwicklungstools $1,500-$5,000 PIPAL Byodbom, abhängig von Schutzbereich, Anzahl der Feldsatzbänke und verfügbaren Netzwerkkonnektivitätsoptionen Low-End-Einheiten liefern grundlegende OSSD-Ausgänge und 16 Feldsätze; High-End-Einheiten bieten 70+ Feldsätze, CIP-Sicherheit oder PROFIsafe, längere Schutzbereiche Kompakte Modelle kosten 15-301TP3 T weniger als Scanner-Einheiten in voller Größe desselben Herstellers Berücksichtigen Sie Sicherheitssteuerungshardware, Montagehardware und Inbetriebnahmezeit des Arbeiters bei der Schätzung der Gesamtsystemkosten.

Kann ich einen kompakten Sicherheitslaserscanner im Freien verwenden?

Die Normen IEC 61496-3 sind für den Innenbetrieb bei 820-950 nm spezifiziert und zertifiziert, wobei der Sonnenstrahlungsfluss durch den optischen Filter in der angegebenen Betriebsumgebung ausgeschlossen werden kann, wenn Außeninstallationen erforderlich sind, dann sind nur Scanner nach IEC 62998 zertifiziert (diese folgen den gleichen Sicherheitsstandards, werden aber speziell für den Außenbetrieb geprüft) oder die vom Hersteller genehmigte Outdoor-Zertifizierung wird zusammen mit einer IP65 (oder besser), einem Sonnenschutzgehäuse und Kaltklimaheizgeräten gültig Die Outdoor-Zertifizierung ist eine Nische mit geringem Volumen, aber Erweiterung; stellen Sie sicher, dass die Outdoor-Zertifizierung vor der Installation im Datenblatt veröffentlicht wird.

Wie viele Scanner benötige ich für eine 360° Abdeckung?

Bei einem Scanwinkel von 275 ergeben zwei an Diagonalecken montierte Scanner eine vollständige 360-Ansicht plus 190 Überlappung “wo beide Scanner gleichzeitig dieselbe Erkennungszone”sehen. Dies ist der branchensichere Standard für CrosspathAGV-Installationen. Drei Scanner wären erforderlich für Fahrzeuge mit einem 270er-Modell in bestimmten Montagekonfigurationen, in denen tote Winkel nicht vermieden werden können.

Sicherheitslaser-Scanner vs. Welche brauche ich?

Scanner bieten 2 D-Bereichsschutz mit programmierbarem Zonenconsert – benötigt für AGVs, komplexe Formdetektor-Perimeter und Mehrzonen-Installationen Sicherheitslichtvorhänge geben Single-Plane-Zugangsschutz bei erhöhter Auflösung mit den optionalen Typ 4/SIL 3 bewerteten Optionen, die Scanner nicht erreichen können Für eine einfache Maschinenöffnung, die eine Personalzugriffswarnung erfordert, ist der Lichtvorhang im Allgemeinen wirtschaftlicher und sicherer Für Flächenschutz, mobile Plattformen und unregelmäßige Zonenformen sind Scanner in der Regel die einzige praktische Lösung Konsultieren Sie den vollständigen Kurs der Sicherheitslichtvorhänge für Datenvergleiche.

Unterstützen kompakte Sicherheitslaserscanner Sicherheitsnetzwerkprotokolle?

Ja – Alle modernen Kompaktscannermodelle, die heute auf dem Markt sind, sind in der Lage, CIP Safety (Rockwell/Allen-Bradley), PROFIsafe (Siemens TIA Portal-Programme) und herstellereigene Protokolle (wie SICK EFI-pro) zu gewährleisten. Sicherheitsnetzwerke ermöglichen Ferndiagnose, Verkabelungsreduzierung (ein Kabel ersetzt 3-4 Paare von OSSDs) und sichere SPS für die Feldsatzumschaltung. Stellen Sie sicher, dass Sie die Protokollkompatibilität mit Ihrem Sicherheitscontroller bestätigen, bevor Sie angeben, dass nicht alle Modelle auf allen Protokollen funktionieren.

Wie oft müssen kompakte Sicherheitslaserscanner gewartet werden?

Der Hauptwartungsvorgang ist die Linsenreinigung – monatlich in staubigen Umgebungen (z. B. Umgang mit Pappe, Bearbeitung von Metallen) und vierteljährlich in sauberer Umgebung. Sicherheitslaserscanner überwachen intern automatisch optische Verunreinigungen, Spiegelmotorspannungsfehler und elektronische Fehler, bei denen keine Kalibrierung empfohlen wird, Durchführung von IDRIS. Die jährliche Tan Black-Validierung (Funktionsvalidierung zur Bestätigung der Reaktionszeit, MDO und OSSD-Ausgabefunktion) von TCES wird auf IEC 62061 vorgeschlagen und in der technischen Datei der Maschine dokumentiert.