Scanners laser de sécurité : comment ils fonctionnent, normes CEI 61496 et guide d'intégration

Scanners laser de sécurité sont l'épine dorsale de la garde moderne de machine dans l'automatisation d'usine remplaçant la garde fi×ed, les tapis de sécurité, et dans de nombreux cas les rideaux de lumière Ils scannent un plan 2 D avec un laser rotatif et arrêtent les machines à proximité quand une personne ou un objet entre dans la zone de protection Contrairement aux capteurs industriels typiques, ils se surveillent en continu selon la CEI 61496-3 et déclenchent un état sûr sur tout défaut interne.

Cet aperçu explique leur principe d'ingénierie sous-jacent (comment fonctionnent-ils), les normes de certification (IEC 61496-3, CEI 61508 SIL 2, ISO 13849 PLd), les principales spécifications qui différencient les modèles, le calcul de distance de montage ISO 13855, l'utilisation avec des automates de sécurité, et comment choisir votre scanner.

Qu'est-ce qu'un scanner laser de sécurité et comment fonctionne-t-il ?

Un scanner laser de sécurité est un dispositif de protection optoélectronique actif sensible à la réflexion diffuse (AOPDDR), précédemment classé comme ESPE de type 3 par la CEI 61496-3. L'identifiant de“ à réflexion diffuse indique qu'il ne nécessite pas de paire émetteur/récepteur dédiée, et à la place ” reçoit la réflexion de tout objet diffusant suffisamment de sa propre énergie émise vers le détecteur.“ Un scanner détecte toute diffusion de surface réfléchissante suffisamment de sa lumière vers le détecteur.

Principe de travail

Il le fait en éclairant le champ avec une diode laser pulsée 905 nanomètres habituellement en proche infrarouge, dans une sortie œil Classe 1 selon CEI 625-1 8 mesurant le temps de vol des photons réfléchis au retour au détecteur Pour chaque ensemble d'impulsions émises, le scanner mesure un point de distance par rapport à la vitesse connue de la lumière Sa sortie est un nuage de points un ensemble de distances mesurées à peu près autour de l'arc du scanner de couverture (« coverage scan ») généré très rapidement.

Une fois les points de distance établis, le logiciel définit un champ de protection : un polygone dans l'environnement, entourant le danger ; « » qui déclenchera les sorties de sécurité dans le scanner si des points mesurés y tombent avec un signal de retour adéquat.

Redondance d'auto-surveillance

En vertu de la norme CEI 61496-3, l'appareil lui-même doit incorporer une fonction d'autocontrôle suffisante aux exigences de la catégorie 3 En réalité, deux microprocesseurs fonctionnent indépendamment les uns des autres, chacun traitant chaque balayage et comparant les chiffres résultants. Si des incohérences sont identifiées, qu'il s'agisse d'un défaut optique, d'une erreur du micrologiciel ou d'une alimentation électronique, ou d'une alimentation du scanner laisse tomber itOCOss sorties OSSD dans son état de sécurité, arrêtant votre équipement La norme CEI 61496-3 impose un seuil de réflectance cible minimum de 1,8%, ce qui signifie que même les vêtements noirs ou mattes réfléchiront suffisamment de lumière pour que le scanner puisse détecter.

4 spécifications de l'appareil sont publiées dans la CEI 61496-3 :2018.

Normes de sécurité : CEI 61496, CEI 61508 SIL et ISO 13849 PLd

Les scanners laser de sécurité sont liés à un certain nombre de normes internationales, et chaque norme régit une partie différente du système de sécurité SCS. Savoir quelle norme réglemente quelle fonction empêche les spécifications défaillantes.

SIL 2 vs SIL 3 Scanners Why Type 3 Max chez SIL 2

SIL 2 représente un taux de défaillance dangereux compris entre 10-10/heure Les scanners de type 3 peuvent être certifiés SIL 2 car dans l'architecture OSSD, les deux OSSD émanent du même élément de détection optique Pour atteindre SIL 3 (10-10/heure) une fonction de sécurité doit être sauvegardée par un deuxième canal de détection réellement indépendant, l'architecture utilisée pour les unités de type 4.

Catégorie 3 Architecture

ISO 13849-1 catégorie 3 signifie qu'il conserve la fonction de sécurité en cas de défaut unique Les défauts cumulatifs pourraient causer une défaillance de la fonction de sécurité, mais tout défaut doit être détecté avant la prochaine demande sur la fonction de sécurité (ou au plus tard lors de la prochaine demande).IEC 61496-3 L'autosurveillance interne de type 3 répond à cette exigence pour le matériel du scanner lui-même, mais la fonction de sécurité totale, scanner à arrêt machine, doit être validée à la catégorie 3 comprenant tous les composants intermédiaires.

Dans la majorité des situations générales de sauvegarde de la machine (périmètre d'une cellule de travail robotisée), l'assemblage automatisé (« automated assembly ») (« automated ») (« automated aspectoring ») (« automate ») 3 a classé PLd (« PLd /SIL 2 a évalué le scanner laser de sécurité ») est la solution correcte et efficace lorsque l'évaluation des risques dicte un PLr d.

Spécifications clés : plage de détection, résolution et temps de réponse

Les spécifications du scanner définissent à la fois ce que l'appareil détectera de manière fiable comme étant sûr et à quelle distance du danger il doit être placé Le tableau ci-dessous résume les principales spécifications liées à la sécurité, avec des plages typiques distillées à partir des fiches techniques du marché pour la catégorie générique des scanners de type 3.

Résolution de détection : pourquoi cela compte plus que la portée

La résolution de détection est la taille minimale de l'objet que le scanner est conçu pour détecter de manière fiable à son rayon de champ de protection nominal Un scanner de résolution de 30 mm peut détecter de manière cohérente et fiable une main humaine ou un poignet dans sa zone de détection, ce qui le rend approprié pour une protection d'approche rapprochée dans les zones dangereuses. Un scanner de résolution de 70 mm est suffisamment sensible pour détecter de manière fiable le personnel traversant (jambes, torse) mais peut ne pas détecter une main qui atteint la limite du champ de protection. (Remarque : l'interaction de la résolution angulaire et de la résolution de détection est un calcul géométrique, basé sur le fait qu'à une plage de 4 m, une résolution est égale à une résolution de la fiche technique d'environ 233 est calculée sur la plage de la plage de la plage de la plage de 2333).

Applications principales : protection de zone, protection d'accès et prévention des collisions

À quoi servent les scanners laser de sécurité ? ils couvrent trois modes d'application différents, capitalisant sur différentes propriétés du champ de protection 2 D configurable.

1. Protection de zone : cellules de machines stationnaires

Le scanner est monté horizontalement au niveau du sol ou à une hauteur telle que le champ de protection intercepte l'objet qui s'approche Il vérifie la présence de personnel dans la zone de danger autour d'équipements fixes et protégés tels que cellules robotiques, presses, matériel d'emballage, palettiseurs automatisés En présence d'une personne ou d'un objet, les OSSD passent à l'état sûr et la machine s'arrête Sa fonction d'empêchement de redémarrage retient la machine en état sûr pour protéger le personnel jusqu'à ce que la zone soit dégagée et que l'opérateur redémarre hors de la zone.

Exemple d'application : Cellule robot à six axes sans clôture de sécurité physique Conformément à la norme ISO 10218-2, le scanner définit une zone d'avertissement de ralentissement (la machine tombe à vitesse réduite) et une zone d'arrêt intérieure (arrêt de la machine).Le mode maintenance permet l'entrée de l'opérateur avec la fonction de sécurité temporairement annulée via une procédure de verrouillage/décalage appropriée et un interrupteur à clé noté sécurité.

2. Protection d'accès : grandes ouvertures

Monté verticalement à l'entrée d'une zone de danger, le scanner remplace ce qui nécessiterait autrement plusieurs paires de rideaux lumineux pour protéger les ouvertures de forme large ou irrégulière Un scanner avec un angle de balayage de 270 peut protéger une ouverture qui pourrait nécessiter trois ou quatre paires émetteur/récepteur de rideaux lumineux-éliminant le matériel et la complexité et le coût de montage Le polygone de champ de protection est programmé pour correspondre à l'ouverture avec précision.

Exemple d'application : Dévideur avec grande ouverture d'alimentation Le scanner confirme qu'aucun opérateur n'est dans la zone dangereuse avant le redémarrage Combiné avec un interrupteur de verrouillage de sécurité classé GS sur toute porte d'accès secondaire, cela fournit un contrôle d'accès de catégorie 3 sur tous les points d'entrée.

3. Prévention des collisions : plateformes mobiles

Les scanners sont utilisés pour fournir sur les véhicules l'évitement de collision sur les AGV (Automated Guided Vehicles), les AMR (Autonomous Mobile Robots) et les chariots élévateurs Ses jeux de champ programmables (jusqu'à 32 d'entre eux) permettent la commutation de zone sensible à la direction avec le champ de protection vers l'avant activé lors d'un déplacement vers l'avant, le champ arrière lors de l'inversion, les champs latéraux étroits lors du déplacement normal et les champs omnidirectionnels larges pour les manœuvres de stationnement et de rotation Les signaux externes du contrôleur du véhicule commutent le champ actif défini de manière contrôlée par l'ordre.

Calcul de distance de sécurité selon ISO 13855

en exécutant les calculs pour la distance de sécurité minimale de la limite de la zone de détection au point de danger, cette spécification de l'ISO 13855 :2024 peut être une étoile, ou plus souvent, une ancre de bateau : obtenir votre calcul mal (lecture de la valeur de“ de temps de réponse totale trop faible), entraîne une distance montée qui ne peut pas arrêter la machine de manière fiable avant que l'opérateur n'atteigne le danger Il s'agit du problème d'installation de scanner laser de sécurité le plus courant.

La Formule

Vitesse d'approche (K)

• Approche main/bras : K = 2 000 mm/sec (par défaut de la norme ISO 13855 :2024)
• Utiliser K = 1 600 mm/sec (correction ISO 13855 :2024 pour permettre une portée plus longue)
• Approche corps entier (marche) : K = 1 600 mm/s

Distance d'intrusion (C) par résolution de détection

• Détection manuelle (d 40 mm) : C = 8 (d 14) mm, 0 mm minimum
• Détection corporelle (d 40 mm) : C = 850 mm (moyenne de la norme ISO 13855)

Temps de réponse total (T)

Où : T représente la somme de l'ensemble des retards de la chaîne de sécurité, depuis le moment où une personne entre dans la zone de détection jusqu'au moment où le danger s'arrête :

• Temps de réponse du scanner (à partir de la fiche technique, par exemple, 80 ms)
• Temps de réponse du contrôleur de sécurité (par exemple, 10 ms)
• Actionneur/temps d'arrêt du frein de la machine (par exemple, 120 ms)

Référence : ISO 13855 :2024- Positionnement des garanties par rapport aux vitesses d'approche de parties du corps humain.

Intégration avec les contrôleurs de sécurité : CIP Safety, PROFIsafe et OSSD Wiring

La manière dont un scanner laser de sécurité est intégré dans le système de sécurité global dépend de votre réseau de PLC de sécurité, de la quantité de données de zone que vous devez transmettre et de la nécessité de diagnostics à distance.

Approches d'intégration

OSSD câblé : Scanner deux canaux OSSD sont câblés directement à un relais de sécurité ou à un canal à double entrée PLC de sécurité. simple, très fiable, facilement configuré pour les petites cellules avec 1 scanner, aucune donnée de zone nécessaire Les deux OSSD doivent tous deux être actifs pour l'état sûr - une goutte de n'importe quel canal met le système en mode sans échec.

Bus de terrain de sécurité : l'utilisation d'un câble de réseau de sécurité dédié pour transporter à la fois le signal OSSD et les données de diagnostic/zone permet moins de câblage et permet un affichage simultané de l'état multizone dans l'IHM de l'automate de sécurité.

Fondamentaux du câblage OSSD

Les sorties OSSD (Output Signal Switching Device) sont deux canaux de transistors PNP indépendants Les deux doivent être HIGH (24 VDC) pour l'état sûr-actif Lorsque l'un ou l'autre tombe, l'entrée de sécurité connectée perçoit une condition défectueuse et arrête la fonction de machine connectée Les circuits d'entrée PLC OSSD de sécurité surveillent également les courts-circuits et courts-circuits trans-canaux à 24 VDC, qui sont tous deux des défauts de câblage qui doivent être corrigés avant que le redémarrage ne soit autorisé.

Cadre de sélection : faire correspondre le scanner de type 3 à votre application

Comme pour tout dispositif de sécurité, effectuez une évaluation des risques dans les normes ISO 12100 et ISO 13849-1 pour déterminer le PLr requis. Ce PLr est l'entrée requise pour la sélection de l'appareil - pas la marque et le modèle du scanner, ni les attributs marketing de l'appareil, ni ce qui était auparavant utilisé dans un projet similaire.

Lorsque le type 3 n'est PAS suffisant

• Presses plieuses nécessitant une détection de doigt SIL 3 Type 4 AOPD (rideau de feu de sécurité)
• Applications où l'évaluation des risques nécessite des systèmes de type 4 à double canal à architecture de catégorie 4
• Toute application où PLr = e est le résultat de l'évaluation des risques

Quand le type 3 est le bon choix

• Navigation AGV et détection d'obstacles à bord des véhicules
• Surveillance de l'accès à la zone où les opérateurs traversent la zone (sans atteindre un danger rapproché)
• Périmètre de cellule de robot stationnaire avec zones de ralentissement et d'arrêt configurables
• Ouvertures grandes ou irrégulières où les paires de rideaux légers seraient peu pratiques
• Toute installation où PLr d est confirmé par l'évaluation des risques

Foire aux questions

Références et normes

1. CEI 61496-3:2018 Sécurité des machines : Équipements de protection électrosensibles 3 ème partie : Exigences particulières pour les équipements utilisant des mesures de protection basées sur la réflexion diffuse 3 ème Commission électrotechnique
2. ISO 13855:2024 « Sécurité des machines » Positionnement des garanties par rapport à l'approche des parties du corps humain « Organisation internationale de normalisation »
3. ISO 13849-1 « Pièces de sécurité des machines » Pièces de systèmes de contrôle liées à la sécurité 1 : Principes généraux pour la conception : Organisation internationale de normalisation
4. CEI 61508 sécurité des systèmes électriques/électroniques/programmables liés à la sécurité Commission électrotechnique internationale
5. CEI 60825-1:2014 1 : Classement des équipements et exigences de la Commission électrotechnique internationale

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