Uso de cortinas de luz para aumentar a segurança e medir objetos

As cortinas de luz são uma tecnologia versátil. Embora sejam frequentemente associadas as aplicações de segurança, elas têm uma infinidade de usos, incluindo a proteção de máquinas e o estabelecimento de zonas protegidas; manuseio de materiais para detectar a presença de objetos ou medir o tamanho dos objetos que passam; garantia do posicionamento ou alinhamento adequado de objetos para aplicações de embalagem e classificação; e detecção de intrusão e controle de acesso a áreas restritas.

Para obter uma comparação entre cortinas de luz e scanners a laser de segurança, juntamente com uma análise das aplicações do scanner, consulte a parte 1 desta série, "Como os scanners a laser de segurança podem proteger pessoas e máquinas".

Este artigo começa examinando importantes especificações e padrões de desempenho das cortinas de luz, apresenta exemplos de aplicação de como as cortinas de luz são usadas em sistemas de segurança e controle de acesso e como funcionam as cortinas de luz para medição. Ao longo do caminho, ele apresenta cortinas de luz exemplares da Panasonic, IDEC, Omron e Banner Engineering.

Padrões e tipos de cortinas de luz de segurança

Quatro tipos de desempenho de segurança são definidos na Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) 61496, segurança de máquinas - equipamentos de proteção eletrossensíveis (ESPE). Os tipos relevantes são 2, 3 e 4. O tipo 1 não é definido para aplicações de cortinas de luz de segurança.

A IEC 61496 acrescenta outra camada de requisitos às definições dos níveis de integridade de segurança (SILs) da IEC 61508 e da Organização Internacional de Normalização (ISO) 13849, que define os níveis de desempenho (PLs).

Os SILs são classificados de 1 a 3, sendo o SIL 3 o nível mais alto, e os PLs são classificados de "a" a "e", sendo o PLe o mais exigente. Usando as classificações da norma IEC 61496, as cortinas de luz geralmente se enquadram nos Tipos 2 e 4, embora algumas sejam classificadas como dispositivos do Tipo 3. Os scanners a laser de segurança atendem aos requisitos do Tipo 3. Alguns fatores importantes nas classificações de tipo incluem:

Os dispositivos do tipo 2 devem atender a SIL 1 e PLc. Eles se destinam ao uso em aplicações de baixo risco, nas quais as falhas podem resultar em lesões como choques ou contusões, quedas, pequenos cortes e abrasões, ou aprisionamento, mas não esmagamento. A norma IEC 61496 exige que o dispositivo execute uma autoverificação durante a partida e periodicamente durante a operação. Esses dispositivos não possuem os circuitos redundantes de autoverificação automática das cortinas de luz Tipo 4. O ângulo de abertura efetivo (EAA) que define o campo de visão deve ser de ±5 graus ou mais estreito. Isso pode resultar na possibilidade de interferência óptica e erros.

Os ESPEs do tipo 3, como scanners a laser de segurança e algumas cortinas de luz, devem atender ao SIL 2 e ao PLd e são "projetados para não falhar em perigo devido a uma única falha, mas podem falhar em perigo devido a um acúmulo de falhas". Esses dispositivos também têm requisitos de compatibilidade eletromagnética (EMC) mais rigorosos do que os dispositivos do Tipo 2. Os dispositivos do tipo 3 são adequados para aplicações em que a segurança é uma preocupação significativa.

As cortinas de luz do tipo 4 são projetadas quando a segurança é uma consideração importante. Elas devem atender aos mais altos padrões, PLe e SIL 3. São projetadas "para não falhar em perigo devido a uma única falha ou a um acúmulo de falhas". Elas têm um EAA menor, de ±2,5 graus, o que as torna menos suscetíveis à interferência óptica e capazes de reconhecer objetos mais prontamente. Precisam atender aos mais rigorosos requisitos de EMC.

As cortinas de luz do Tipo 2 têm um custo até 30% menor do que as cortinas de luz do Tipo 4, devido à óptica mais barata e ao circuito de detecção de falhas mais simples. As cortinas de luz do tipo 4 estão disponíveis em uma variedade maior de resoluções, incluindo 14 mm para identificar dedos, 30 mm para mãos, 50 mm para pernas e 90 mm para a presença de um corpo. Por outro lado, as cortinas de luz do Tipo 2 geralmente são limitadas a resoluções maiores (Figura 1).

Figura 1: As cortinas de luz do tipo 4 normalmente estão disponíveis com resoluções mínimas menores do que as unidades do tipo 2. (Fonte da imagem: IDEC)

Além de detectar objetos de tamanhos diferentes, os feixes em uma cortina de luz podem ser controlados individualmente para oferecer funções mais avançadas, como silenciamento, apagamento e medição do tamanho e do número de objetos.

Cortinas de luz para silenciamento e apagamento

O silenciamento e o apagamento de uma cortina de luz referem-se ao desligamento de toda ou parte da cortina de luz em circunstâncias específicas. O silenciamento é um processo automático que suspende toda ou parte da proteção de uma cortina de luz e, normalmente, ocorre durante uma parte não perigosa do ciclo da máquina. Ele pode permitir que os materiais entrem em uma área de trabalho sem interromper nenhuma atividade perigosa. Quando o material entra na área de trabalho, a funcionalidade de proteção total da cortina de luz é reiniciada.

As aplicações típicas de silenciamento incluem:

• Permitir a entrada/saída de paletes em uma máquina de paletização entre as operações
• Permitir que o material se mova entre áreas em um processo de fabricação automatizado e, ao mesmo tempo, proteger o pessoal quando as máquinas estiverem ativas

Figura 2: Usando o silenciamento, uma cortina de luz permitirá a passagem de objetos de tamanho específico sem interromper a operação da máquina (esquerda), mas detectará outros objetos, como uma mão ou dedos (direita), e parará a máquina. (Fonte da imagem: Panasonic)

O apagamento envolve o desligamento de uma parte da cortina de luz sem interromper a proteção da máquina. Ele também pode permitir que as pessoas tenham acesso limitado a uma área durante um período seguro. As aplicações típicas para apagamento incluem:

• Alcance para carregar ou descarregar uma estação de trabalho robótica durante um período seguro
• Acesso a uma prensa de punção hidráulica durante o ciclo ascendente

Cortina de luz tipo 2

As cortinas de luz tipo 2 da série SG2 da IDEC estão disponíveis nos modelos de proteção de mãos e de presença. Por exemplo, o modelo SG2-90-030-OO-X foi projetado para detecção de presença com uma altura de controle de 300 mm e uma resolução de 90 mm. Ele inclui uma função de teste/reinício e um sistema de alinhamento integrado para acelerar as implementações. As cantoneiras de fixação giratórias agilizam ainda mais a instalação e o alinhamento das unidades emissoras e receptoras com facilidade, mesmo em aplicações que usam espelhos ou operam em distâncias de até 19 m.

Silenciamento e apagamento em ambientes severos

As aplicações de cortinas de luz de segurança em armazéns frigoríficos com temperaturas de até -30°C, processos de trabalho em metal, como máquinas de estamparia que precisam de proteção contra entrada de óleo IP67G, e outras operações em ambientes com poeira e sujeira, como fabricação de automóveis e máquinas operatrizes, podem recorrer à série F3SG-SR da Omron. Essas cortinas de luz Tipo 4 incluem funções de silenciamento mais de apagamento fixo e flutuante.

As cortinas de luz F3SG-SR têm alturas de proteção de 160 mm a 2.480 mm. Quando for necessária a detecção de mãos ou outros objetos com 25 mm de diâmetro, os projetistas de sistemas de segurança podem recorrer ao F3SG-4SRA0280-25-F, que suporta comprimentos flexíveis em incrementos de 40 mm até 1.000 mm usando 27 feixes em uma altura de proteção de 280 mm (Figura 3).

Figura 3: Essa cortina de luz suporta comprimentos flexíveis em incrementos de 40 mm com uma altura de proteção de 280 mm. (Fonte da imagem: Omron)

Resiste a torções, deformações e impactos

Quando uma cortina de luz é usada onde pode ser submetida a impactos e torções, os projetistas de sistemas podem recorrer às cortinas de luz Tipo 4 da série SF4D da Panasonic. O modelo SF4D-H32-0, com 630 mm de comprimento, tem classificação IP67, resolução de 25 mm para proteção das mãos e funções integradas de apagamento e silenciamento.

Um fator essencial para a robustez dessas cortinas de luz é a unidade interna reprojetada que permitiu que o gabinete fosse otimizado para oferecer robustez e rigidez. A unidade interna ocupa menos de 40% do volume dos modelos anteriores, permitindo um aumento substancial na espessura do gabinete (Figura 4). Embora a unidade interna seja menor, a saída óptica foi aumentada e o tempo de resposta OFF das saídas de controle é de 10 ms ou menos, ou 18 ms ou menos quando conectadas em série ou em paralelo.

Figura 4: A unidade interna mais compacta suporta uma saída óptica mais alta e permite uma carcaça significativamente mais espessa. (Fonte da imagem: Panasonic)

Medição com cortinas de luz

As cortinas de luz projetadas para medir objetos normalmente têm três modos: varredura reta, varredura de borda única e varredura de borda dupla. As principais especificações incluem o tamanho mínimo de detecção de objetos (MODS) e a resolução de borda (ER).

A varredura reta é geralmente o modo padrão, e os feixes são varridos sequencialmente da extremidade da tela até a extremidade oposta da matriz. Quando o primeiro feixe desbloqueado é encontrado, a medição é determinada. As sensibilidades típicas para varredura direta usando o modo de baixo contraste são um MODS de 5 mm e uma ER de 5 mm. Se o modo de scanner de alto ganho de acesso for usado, o MODS será de 10 mm e a ER será de 5 mm. A varredura de borda única e dupla pode fornecer um MODS de 10 mm e uma ER de 2,5 mm.

A varredura de borda única começa com o primeiro feixe (mais baixo) sendo bloqueado, indicando a presença de um objeto. Em seguida, a cortina verifica o feixe intermediário. O scanner examina o feixe do quarto inferior para ver se o feixe do meio está desbloqueado. O scanner examina o feixe do quarto superior para ver se o feixe do meio está bloqueado.

Uma vez determinado se os quartos dos feixes superiores ou inferiores estão bloqueados, ou desbloqueados, a divisão do número de feixes pela metade continua até que a borda superior do objeto seja encontrada.

Em circunstâncias em que o primeiro feixe não está necessariamente bloqueado, a borda dupla pode ser usada e começa com a seleção do tamanho do passo, geralmente 1, 2, 4, 8, 16 ou 32, dependendo da aplicação. Começa com a cortina ativando o feixe 1. Se esse feixe estiver bloqueado, a primeira borda foi identificada. Se não estiver bloqueado, a cortina ativa o próximo feixe, que é determinado pelo tamanho do passo. Por exemplo, se o tamanho do passo for 4, o feixe 5 será ativado.

Se o feixe ativado for desbloqueado, a cortina continuará o processo de passo até que um feixe bloqueado seja encontrado. Nesse ponto, uma pesquisa binária de volta ao início é usada para identificar o primeiro feixe bloqueado e a borda correspondente é identificada. O processo é repetido, desta vez usando a borda identificada como ponto de referência e o processo de passo para identificar um feixe desbloqueado e, em seguida, retrocedendo para encontrar o feixe de número mais alto que está bloqueado, identificando a segunda borda.

Figura 5: Exemplo de sequências de feixes em uma varredura de borda dupla. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

Cortinas de luz para medição

As telas de luz para medição A-GAGE EZ-ARRAY da Banner Engineering são projetadas para aplicações como dimensionamento e perfilamento de produtos em tempo real, orientação de borda e orientação de centro, detecção de furos, contagem de peças e assim por diante. Os emissores e receptores variam de 150 a 2400 mm (5,9 a 94,5 polegadas) de comprimento (Figura 6). Por exemplo, o modelo EA5E600Q tem 600 mm (23,6 polegadas) de comprimento e 120 feixes. Essas cortinas de luz oferecem suporte a sistemas precisos de monitoramento e inspeção de processos em alta velocidade, perfilamento e guia para materiais contínuos. Os recursos adicionais incluem:

• Diversas opções de varredura:
  • 16 modos de análise de varredura (medição)
  • Três métodos de varredura
  • Apagamento do feixe selecionável
• Chave DIP de seis posições para definir o modo de varredura, o modo de medição, a inclinação analógica e definir o modo discreto para medição complementar ou operação de alarme.

Figura 6: A família A-GAGE EZ-ARRAY de cortinas de luz de medição está disponível em comprimentos de 150 mm a 2400 mm. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

Conclusão

As cortinas de luz podem fazer muito mais do que simplesmente impedir o acesso a áreas perigosas e sensíveis, protegendo pessoas e máquinas. Elas podem suportar acesso controlado usando funções de apagamento e silenciamento para aumentar a produtividade. As cortinas de luz também podem suportar técnicas de medição sem contato que medem de forma rápida e eficiente várias dimensões de objetos.