Eksperci z firmy SICK są często proszeni przez klientów o pomoc w wyborze laserowego skanera bezpieczeństwa, ponieważ wybór jest bardzo duży, a każde urządzenie ma odmienną specyfikację techniczną. Często zdarza się, że klienci oczekują po prostu „największego możliwego” pola ochronnego. W niniejszym artykule próbujemy wyjaśnić, że w przypadku zastosowań mobilnych nie tylko to ma znaczenie.
Maksymalne pole ochronne, jakie może zapewnić skaner, to istotna cecha, ale sama ta wartość nie może decydować o tym, czy skaner nadaje się do zastosowania w autonomicznych pojazdach przemysłowych. W dalszej części pokażę, jak czasy odpowiedzi posiadanych urządzeń bezpieczeństwa oraz systemu sterowania wpływają w znacznym stopniu na wielkość wymaganego pola ochronnego oraz jak oddziałuje to bezpośrednio na aplikacje użytkownika.
Istotne jest, że w przypadku stosowania autonomicznych pojazdów przemysłowych należy uwzględnić wiele kwestii, takich jak np. otoczenie, układ hamulcowy itp., oraz że projektant systemu powinien przeprowadzić pełną i kompleksową ocenę ryzyka. Wszystkie informacje w niniejszym artykule służą jedynie jako wskazówki i nie można ich wykorzystywać do formułowania jakichkolwiek sądów na temat zagrożeń, wykluczania nierozpoznanych zagrożeń lub też określania stopnia zagrożenia w związku z rzeczywistymi przypadkami zagrożeń. To stanowi zakres odpowiedzialności konstruktora/producenta takich urządzeń.
Historia laserowego skanera bezpieczeństwa
Od chwili wprowadzenia urządzenia „Optotrap”, czyli pierwszego skanera bezpieczeństwa kategorii 2, który SICK firma SICK wprowadziła na rynek w 1976 roku, laserowy skaner bezpieczeństwa odgrywa kluczową rolę w tworzeniu systemów automatyki. W roku 1994 firma SICK wprowadziła na rynek pierwszy laserowy skaner bezpieczeństwa kategorii 3. Od tego czasu urządzenia te umożliwiają bardziej wydajną i efektywną produkcję oraz przyczyniają się do wzrostu bezpieczeństwa pracy. Przykładem, który wywiera największe wrażenie, jest rynek pojazdów transportowych bez kierowcy, w przypadku których laserowe skanery bezpieczeństwa umożliwiły wyższą prędkość jazdy dzięki zwykłemu wyeliminowaniu zderzaków. Zderzak stanowi czujnik stykowy, umożliwiający bezpieczne zatrzymanie pojazdu bez narażania ludzi na obrażenia. Ponadto pojazd wyposażony w zderzaki musi mieć odpowiednio niską prędkość, umożliwiająca mu reakcję w odpowiednim czasie. Laserowe skanery bezpieczeństwa umożliwiają bezpieczną, bezkontaktową detekcję osób i przeszkód daleko przed nimi, dzięki czemu można uzyskać znacznie wyższe prędkości przejazdów, patrz ilustracja 1.
Ilustracja 1: Bezpieczeństwo w przypadku pojazdów transportowych bez kierowcy
Klasyfikacja laserowego skanera bezpieczeństwa wg aktualnych przepisów
Laserowy skaner bezpieczeństwa to urządzenie typu 3, co do którego wymagania są zawarte w normie zharmonizowanej EN 61496-1. Jeśli używana jest funkcja bezpieczeństwa laserowego skanera bezpieczeństwa typu 3, maksymalny osiągalny poziom zapewnienia bezpieczeństwa (PL) to PLd – norma EN ISO 13849 lub też poziom nienaruszalności bezpieczeństwa (SIL) to SIL2 – norma IEC 62061. Norma IEC 61496-3 określa również specyfikację techniczną dla laserowych skanerów bezpieczeństwa, obejmującą specjalne wymagania dotyczące aktywnych optoelektronicznych urządzeń ochronnych reagujących na odbite promieniowanie rozproszone (AOPDDR).
Są one wykorzystywane zarówno w rozwiązaniach stacjonarnych, jak również mobilnych i mogą doprowadzić maszynę lub pojazd do bezpiecznego zahamowania lub zatrzymania, gdy tylko wykryją, osobę, część ciała lub też nieoczekiwaną przeszkodę w obrębie pola ochronnego.
Zasada pomiaru time-of-flight
W laserowych skanerach bezpieczeństwa stosowana jest zasada pomiaru time-of-flight, w przypadku której impuls świetlny jest przesyłany, odbijany, a następnie wykrywany. Odległość (d) pomiędzy obiektem oraz skanerem jest obliczana na podstawie czasu powrotu wiązki świetlnej (ΔT) oraz prędkości światła (c = 3 x 108 m/s), patrz ilustracja 2.
Ilustracja 2: Zasada czasu przelotu wiązki
Lustro we wnętrzu skanera umożliwia obracanie tej wiązki świetlnej, a tym samym wykonywanie pomiarów wokół promienia na płaszczyźnie. Oznacza to, że skaner może utworzyć profil otoczenia, oraz że przy użyciu dedykowanego oprogramowania można konfigurować różne pola dla skanera, za pomocą których można każdorazowo włączać i wyłączać wyjścia używane przez funkcje bezpieczeństwa. Niektóre skanery mogą być stosowane również w wielu Funkcjach Bezpieczeństwa, ponieważ są one w stanie analizować równocześnie wiele pól, patrz ilustracja 3.
Ilustracja 3: Równoczesna analiza pól
Równoczesna analiza pól umożliwia sprostanie złożonym zastosowaniom, które w przeszłości sprawiały trudności, ponieważ liczba wyjść przełączających była ograniczona do tylko jednego lub maksymalnie dwóch.
Typy pól
Istnieją cztery typy pól, przewidziane dla laserowego skanera bezpieczeństwa, patrz ilustracja 4.
Ilustracja 4: Pola laserowego skanera bezpieczeństwa (1. Pole ochronne; 2. Pole ostrzegawcze; 3. Kontur referencyjny (detekcja położenia skanera); 4. Kontur detekcyjny (może być użyty w Funkcjach Bezpieczeństwa do PLd/SIL2)
Dodatkowo można połączyć kombinację tych pól, tworząc jeden „zestaw pól”, patrz ilustracja 5.
Ilustracja 5: Zestaw pól
