Spezifikation und Verwendung von Muting-Funktionen an Lichtvorhängen

Lichtvorhänge sind eine komfortable und unauffällige Automatisierungs- und Sicherheitskomponente zur Absicherung von Maschinen und zur Reduzierung von Unfällen. In vielen Fällen können Lichtvorhänge Maschendrahtzäune und andere harte mechanische Schutzeinrichtungen ergänzen oder sogar ersetzen und dabei zusätzliche Systemfunktionen übernehmen. Tatsächlich sind viele maschinennahe Aufgaben (wie z. B. das Laden von Rohmaterial in Maschinen und das Entladen von Fertigwaren am Maschinenausgang) nur mit Lichtvorhängen möglich. Die Anpassungsfähigkeit dieser Sicherheitskomponenten eignet sich auch für Anlagen, die herkömmliche Industrieroboter in der Nähe von Arbeitszellen betreiben, in denen sich Fertigungspersonal aufhält - für ein deutlich reduziertes Verletzungsrisiko.

Abbildung 1: Bei ordnungsgemäßer Installation und regelmäßiger Prüfung sind korrekt betriebene Lichtvorhänge einfache und wertvolle Komponenten zum Schutz der Arbeiter vor Gefahren. Die beiden gelben Lichtvorhangsäulen in dieser Messe-Demonstration befinden sich hinter einer klaren Acrylglasscheibe, die in einer realen Anwendung nicht vorhanden wäre. (Bildquelle: Design World)

Wie in einem früheren DigiKey-Artikel über Grundlagen und grundlegende Parameter von Lichtvorhängen erwähnt, ist die Muting-Funktion (Muting: temporäres Abschalten) nur eine von vielen Einstellungen, die während des Design-Prozesses festgelegt werden müssen. Weitere relevante Parameter des Lichtvorhangs sind die Auflösung, die Positionierung, der Anhalteweg, die Typenklassifizierung EN ISO 13849-1 und die Spiegelung zur Perimeterüberwachung.

Einrichtung, Betrieb und Test des Mutings von Lichtvorhängen

Die Ersteinrichtung und die Kalibrierung sind für den ordnungsgemäßen Betrieb des Lichtvorhangs entscheidend. Um diesen Installationsprozess zu erleichtern, integrieren die meisten Hersteller von Lichtvorhängen heute ihre Komponenten mit LEDs. Einfache rot-grüne LEDs funktionieren, indem sie anzeigen (durch grünes Leuchten), wenn der Sendervorhang und der Empfängervorhang richtig ausgerichtet sind oder (angezeigt durch rotes Leuchten) eine zusätzliche Justierung benötigen. Das Installationspersonal sollte sicherstellen, dass:

• alle LEDs, die mit allen aktiven Bereichen des Lichtvorhangs verbunden sind, grün leuchten (was anzeigt, dass sie für den ordnungsgemäßen Betrieb eingerichtet sind)
• der Abstand des Lichtvorhangs zu den gefährlichen Maschinen oder Roboterachsen innerhalb der vom Lichtvorhanghersteller angegebenen Werte sowie der geltenden ISO-, OSHA- und/oder ANSI-Normen liegt

Die Installation sollte in zwei Schritten erfolgen. Zunächst sollte der Lichtvorhang eingerichtet werden, während die zu schützende gefährliche Maschine oder Roboterkonstruktion völlig stromlos ist - um die ordnungsgemäßen Lockout/Tagout-Verfahren zu befolgen. Nachdem der unabhängige Betrieb des Lichtvorhangs verifiziert wurde, sollte das Installationspersonal den Vorhang an den Not-Aus-Schalter des Arbeitsbereichs anschließen und das System erneut testen, wobei die bewachte Anlage eingeschaltet und im sicheren Modus betrieben wird.

Abbildung 2: Der hier gezeigte Lichtvorhang ist für die Absicherung eines Zugangspunktes an der Ausrüstung einer kompakten Produktionsmaschine konzipiert. Es gibt sie in Schutzfeldhöhen von 160, 240 und 320 mm über einen Abstand von 0,1 bis 2 m und in Auflösungen von 14 mm (für die Fingererkennung) oder 24 mm (für die Handerkennung). Die durchgängige Abtastung verhindert Blindzonen. (Bildquelle: Banner Engineering)

Natürlich sind Lichtvorhänge nicht für alle Anwendungen zur Maschinenabsicherung geeignet. Sie sind zum Beispiel problematisch in Umgebungen, die stark reflektierende Oberflächen in der Nähe des aktiven Maschinenbereichs beinhalten. Sie können auch in Umgebungen mit sehr rauchintensiven Prozessen versagen - oder in solchen, in denen sich viele Partikel in der Luft befinden. In solchen Umgebungen kann es vorkommen, dass Geräte, die durch Lichtvorhänge geschützt sind, übermäßig lange brauchen, um zum sicheren Stillstand zu kommen (wenn deren Begrenzung durchbrochen wird). Das Problem kann auch dazu führen, dass das Gerät Material aus dem definierten aktiven Bereich herausschleudert. Deshalb ist es wichtig, dass Konstrukteure, die Sicherheitssysteme für rauchige und staubige Umgebungen entwerfen, sorgfältig abwägen, ob Lichtvorhänge das Personal effektiv schützen können, oder ob physische Maschinenschutzvorrichtungen gerechtfertigt sind.

Nach guter Praxis sollten die Lichtvorhänge zu Beginn jeder Schicht einem kurzen Validierungstest unterzogen werden, um den ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen. Darüber hinaus sollten gründlichere halbjährliche Inspektionen durchgeführt werden. Diese Inspektionen sollten jede Verschlechterung des Betriebs quantifizieren - insbesondere solche, die sich in Form von langsamen Reaktionszeiten oder der Verdeckung des aktiven Bereichs der Arbeitszone ergeben. Letzteres ist vor allem dann relevant, wenn es Änderungen in der Maschinenausstattung gab, um die Herstellung neuer Produktlinien zu ermöglichen. Wenn solche Umstellungen sehr dramatisch sind, können sie eine Verlagerung oder sogar einen Austausch der Lichtvorhänge um den Arbeitsbereich herum rechtfertigen ... und Anpassungen der Auflösung und anderer Einstellungen der Lichtvorhänge, um einen ausreichenden Schutz für Arbeiter und Maschinen zu gewährleisten.

Besondere Situationen mit Lichtgitter-Muting

Sehr große Arbeitsbereiche erfordern in der Regel die Aneinanderreihung von Lichtvorhängen. Diese werden in Reihe geschaltet, um den Umfang des geschützten Bereichs zu erweitern. Solche Installationen erfordern in der Regel, dass die Ausrichtung der Lichtvorhänge abwechselnd ist, so dass der Senderpfosten eines Vorhangs Rücken an Rücken mit dem Empfängerpfosten des nächsten Vorhangs in der Reihe steht. Diese Sender-Empfänger-Sender-Empfänger-Folge vermeidet ein Übersprechen.

Natürlich sollten Techniker bei diesen Anordnungen (wie bei jeder Lichtvorhang-Installation) sicherstellen, dass die Sender- und Empfängerpfosten jedes Lichtvorhangs von oben nach unten gleich ausgerichtet sind, damit der aktive Bereich wie erwartet abgedeckt wird und die vorgesehene Auflösung beibehält.

Wenn ein geschützter Bereich Lichtvorhang-Ecken erfordert, gibt es zwei Möglichkeiten: klappbare Pfostenbaugruppen (die zwei gerade Längen haben, die durch ein Gelenk verbunden sind, um Ecken bis zu 90° oder mehr zu umschließen) und die Verwendung von Eckspiegeln. Mit letzterem können drei Seiten einer Arbeitszone mit einem Sendemast, einem Empfangsmast und zwei hohen Spiegeln abgesichert werden. Kurz gesagt, der Sendepfosten zeigt auf eine Ecke, die von einem um 90° ausgerichteten Spiegel auf einen zweiten Spiegel an der nächsten Ecke ausgerichtet ist. Die Signale des Senders wandern vom ersten Spiegel zum zweiten und weiter zum Empfänger an der vierten und letzten Ecke des bewachten Bereichs. Dies ist ein einfacher Weg, um einen größeren Bereich zu umschließen, obwohl der Nachteil ist, dass jede Spiegelreflexion nicht 100% effizient ist, so dass das Signal mit jeder Reflexion abnimmt. Entwicklungsingenieure tun gut daran, die Herstellerangaben für diese Aufbauten zu überprüfen; normalerweise nimmt die Signalstärke bei jeder Reflexion um etwa 8 bis 15 % ab.

Ein letzter Hinweis zu sehr großen Arbeitsbereichen: Die meisten haben das Potenzial für Durchgangssituationen. Diese treten auf, wenn ein Bediener den Lichtvorhang durchquert und einen Maschinenstopp oder einen sicheren Modus auslöst, aber immer noch in der Lage ist (wenn sich die richtigen Bedienelemente innerhalb des geschützten Bereichs befinden), die gefährliche Maschine neu zu starten. Wenn das passiert, steht der Bediener im Wesentlichen unerkannt vom Lichtvorhang im gefährlichen Arbeitsbereich - und ist anfällig für Verletzungen oder Schlimmeres. Eine gängige Lösung, um solche Situationen zu vermeiden, ist das Weglassen oder Deaktivieren von Startschaltern und Steuerungen an Maschinen und das Anbringen eines Hard-Reset-Schalters außerhalb des geschützten Bereichs - typischerweise auf einem Bedienfeld in der Nähe der HMI der Arbeitszelle. Dadurch wird der Maschinenbediener gezwungen, den gefährlichen Arbeitsbereich zu verlassen, um das Gerät neu zu starten.

Lichtvorhang-Muting und die damit verbundenen Funktionen der Ausblendung

Einige Arbeitsbereiche erfordern eine periodische Aussetzung der Lichtvorhangfunktion. Solche Unterbrechungen werden als Muting bezeichnet und erfolgen in der Regel während eines sicheren Teils des Bearbeitungsprozesses, der auch einen manuellen Eingriff des Maschinenbedieners erfordert. Muting ist z. B. unerlässlich, wenn Bediener Paletten in den Eingabebereich eines Palettierers laden müssen. Muting wird auch häufig verwendet, um Bedienern das Entladen von Gegenständen aus der Ausgabestation einer Roboterzelle zu ermöglichen.

Kurz gesagt, das Muting des Lichtvorhangs wird sorgfältig koordiniert durch eine Reihe von Präsenzmeldern, die Materialien einer bestimmten Größe und Form erwarten. Die Präsenzmelder müssen in einer bestimmten Reihenfolge ausgelöst werden, um den Lichtvorhangteil, der von den Gegenständen durchbrochen werden soll, vorübergehend zu deaktivieren. Sobald sie fertig sind und die Aufgabe, die den Muting-Vorgang erforderte, abgeschlossen ist, wird die Funktion der Lichtvorhangsicherung wiederhergestellt.

Abbildung 3: Unabhängig von der Anwendung ist die Muting-Funktion eines Lichtvorhangs so ausgelegt, dass sich nur Material durch den Vorhang bewegen kann, und keine Personen. Zeitdiagramme können die Besonderheiten der Muting-Funktion eines Lichtvorhangs quantifizieren. (Bildquelle: Design World)

Eine Funktion, die mit Muting zusammenhängt, ist die der Ausblendung des Lichtvorhangs. Hier ist es der Lichtvorhang selbst und nicht der Präsenzmelder, der die Funktion auslöst. Kurz gesagt, die Strahlen des Lichtvorhangs bleiben aktiv und erlauben vorübergehend das Durchbrechen von Objekten, die in den eingeschränkten Arbeitsbereich eindringen - ohne eine Maschinenabschaltung auszulösen. Oder in einer Ausblendungsvariante, die als „fließende Ausblendung“ bezeichnet wird, legt die Elektronik des Lichtvorhangs einen ausgeblendeten Bereich plus ein bescheidenes Toleranzband um diesen ausgeblendeten Bereich herum fest, um den Durchgang von Waren zu ermöglichen, ohne den Bediener zu zwingen, die Artikel mit übermäßig anspruchsvoller Präzision zu platzieren.

Die Lichtvorhangausblendung wird üblicherweise bei Maschinenoperationen eingesetzt, bei denen fertige Teile den Arbeitsbereich verlassen müssen.

Fazit

Entwicklungsingenieure, die Lichtvorhänge auslegen und spezifizieren, sollten alle Normen dokumentieren, die für die zu schützende Maschine oder Robotertechnik gelten, einschließlich branchenspezifischer Anforderungen sowie derjenigen von regionalen und berufsständischen Gremien. Einmal festgelegt, können diese Standards die korrekten Einstell- und Testroutinen für eine bestimmte Lichtvorhang-Installation festlegen und aufzeigen, ob störende Bedingungen oder der Maschinentyp den Einsatz von Lichtvorhängen ausschließen.