Лазерни скенери за безопасност

• Лазерните скенери са сред най-ефективните и все по-предпочитани от предприятията в световен мащаб безконтактни технологии за безопасност на машини, стационарно и мобилно оборудване
  
  
• Те се предлагат както като самостоятелни устройства, така и като част от цялостни системи за автоматизация и безопасност на индустриални машини и системи
  
  
• Според актуална прогноза на агенцията за маркетингови проучвания Allied Market Research, глобалният пазар на лазерни скенери за безопасност се очаква да нарасне двойно до 2031 г. в сравнение с 2021 г.

В голяма част от съвременните фабрики, автоматизирани производства, складови стопанства и логистични центрове работят различни типове машини, роботи, технологични линии, транспортни средства, подемна техника и друго стационарно и мобилно оборудване, което представлява риск за хората предвид мощността, скоростта си или спецификата на извършваните операции. Това налага използването на усъвършенствани системи за обезопасяване на работната среда, които гарантират сигурността на персонала, оборудването и материалните активи.

Технологични възможности

Модерните решения за машинна безопасност могат да осъществяват непрекъснат активен мониторинг на опасни зони, да задействат звукови аларми, светлинни сигнали за риск или активни предпазни системи за ограничаване на достъпа, да подават сигнал към контролера за спиране на работещата техника или преминаването й в безопасен за работниците режим, както и да предотвратяват сблъсък на движещи се управляеми, автономни или самонасочващи се платформи, превозни и транспортни средства.

Сред най-ефективните и все по-предпочитани от предприятията в световен мащаб безконтактни технологии за безопасност на машини, стационарно и мобилно оборудване са лазерните скенери. Те се предлагат както като самостоятелни устройства, така и като част от цялостни системи за автоматизация и обезопасяване, като покриват изискванията и на приложенията с най-високи категории на риск. За разлика от оптичните бариери, които наблюдават ограничен периметър, лазерните скенери позволяват осъществяването на мониторинг на цяла област в цеха или склада, която за удобство може да бъде разделена на отделни зони с произволен радиус, площ и форма.

Продуктите от последно поколение в сегмента разполагат с богат функционален инструментариум за свободно конфигуриране и персонализиране на предупредителни и фактически защитени зони, двуизмерното им (2D) сканиране с цел детекция на приближаващи или навлизащи в рисковото пространство служители и незабавно активиране на предупредителен сигнал или ограничаващо достъпа средство. Сред предимствата им са възможностите за гъвкаво адаптиране към структурирани или динамично изменящи се среди, както и за лесно интегриране в съществуващи работни клетки, машини, линии или други типове производствени и технологични системи.

Специфики и функционално предназначение

Лазерните скенери за безопасност представляват сензорни устройства, които се състоят от два основни компонента – лазерен източник, позициониран под определен ъгъл, и детектор (приемник). Прецизен електронен таймер измерва интервала между излъчването на импулс от източника и отразяването на лазерния лъч. При наличието на преграда в работното поле, импулсът се отразява и се връща по-рано от очакваното към приемника, което е индикация за системата, че обект или човек са навлезли в опасната област.

Лазерните скенери за безопасност се отличават с определен ъгъл на сканиране (обикновено до 275°), обхват на защитената зона (традиционно от порядъка на до 5 – 6 м) и съответната резолюция (в мм), която дефинира най-малките обекти, които могат да бъдат регистрирани в опасната зона. За разлика от конвенционалните лазерни сензори, скенерите за безопасност осъществяват и автомониторинг, т. е. могат да генерират сигнал за опасност или спиране на оборудването и при възникването на вътрешна повреда или неизправност, която компрометира защитните функции на устройството.

Продуктите в сегмента се проектират, произвеждат и сертифицират съгласно изискванията на съответните действащи в областта национални или международни стандарти. Обикновено лазерните скенери за безопасност е необходимо да отговарят на спецификациите на устройствата от Тип 3, дефинирани от IEC 61496, Категория SIL 2 на IEC 61508 и/или PLd, Категория 3 на ISO 13849.

Относително простият принцип на работа и ефективното действие на тези системи ги прави все по-търсени в различни отрасли на индустрията. Според актуална прогноза на агенцията за маркетингови проучвания Allied Market Research, глобалният пазар на лазерни скенери за безопасност, оценен на 436,7 млн. щатски долара през 2021 г., се очаква да достигне близо 850 млн. долара до 2031 г., което би представлявало почти двойно увеличение.

Основните им функции са три – зонова защита, предотвратяване на достъп и превенция на сблъсък, когато се използват с мобилно оборудване. Лесната инсталация (включително подравняване на оптичната ос) и относителната липса на ограничения по отношение на мястото на монтаж и типа, формата и характеристиките на обезопасяваната зона дават на лазерните скенери за безопасност значително предимство пред аналогични системи за защита на персонала в индустрията.

Инсталационни изисквания и предимства

За зонова и периметрова защита, например при проверка за наличието на оператор в защитеното поле преди рестартирането на дадена машина или клетка, тези устройства обикновено се монтират хоризонтално. При защита на точки за достъп се предпочита вертикален монтаж, който позволява на датчика да регистрира навлизане в защитената зона по цялата й височина. Предотвратяването на сблъсък е функция, използвана при обезопасяването на самонасочващи се (AGV) системи, автономни мобилни роботи (AMR), релсови превозни средства, високоповдигачи и др., като за целта скенерите се инсталират върху/в самото подвижно оборудване.

Лазерните скенери за безопасност осигуряват множество предимства в сравнение с подвижните и фиксирани предпазни ограждения, оптичните бариери, светлинните завеси и подовите подложки. За разлика от последните, скенерите не са застрашени от повреждане при падане на обекти на земята, например тежки или ръбести метални детайли при обезопасяването на металообработващи машини. Огромен плюс на лазерните скенери в този контекст са и възможностите за свободно конфигуриране и персонализиране на защитените зони (предварително и в реално време) чрез детайлна софтуерна настройка, както и за динамично превключване между различни зонови конфигурации и адаптиране на работния режим към предвидими промени в средата. Допустимо е задаване на параметрите на различни “познати” за системата обекти, чието регистриране не е необходимо да задейства сигнал за опасност. Повечето съвременни продукти в сегмента разполагат и с разширени функции за заглушаване, изолиране на даден датчик, отмяна на команда или измерване на скорост на движение.

Обикновено са налице и опции за предотвратяване на погрешно сработване чрез регулиране на времето на задействане в определен диапазон, особено полезно например при мониторинг на заваръчни клетки.

Основно предимство на лазерните скенери за безопасност в сравнение с други средства за защита е компактният им дизайн, който позволява монтирането им дори в тесни, ограничени и труднодостъпни пространства, където светлинни завеси например не биха били приложими. В допълнение, работните характеристики на тези сензори не се влошават с времето вследствие на механично износване, какъвто е случаят с чувствителните подови подложки. Сред най-съществените плюсове на технологията е възможността за пълно елиминиране на слепите петна и постигане на пълноценна цялостна защита на съответната зона, област или периметър.

Важно предимство е минимално инвазивният монтаж на сензорите за безопасност, който изисква единствено прикрепяне на датчика към съответната повърхност без необходимост от нарушаване на целостта й и други структурни промени, реконструкции и реорганизации на обекта.

Голяма част от моделите на пазара предлагат широки възможности за мрежова свързаност с останалото оборудване в обекта чрез Ethernet или специализирани протоколи за комуникация в сферата на машинната безопасност, като CIP Safety, PROFIsafe и др. Удобство за операторите представляват специално разработваните от производителите мобилни приложения за лесно управление на лазерните скенери “в движение” чрез смартфон или таблет.

Приложения

Основните сценарии, в които лазерните скенери за безопасност се доказват като отлично решение в модерното производство и логистика, обхващат статични (с хоризонтален и вертикален монтаж) и динамични приложения, включително:

• Периметрова защита на стационарно индустриално оборудване, например металорежещи и металообработващи машини и центри, преси, оборудване за леене под налягане и т. н.;
  
  
• Обезопасяване на промишлени роботи без предпазни ограждения, роботизирани клетки, заваръчни системи, палетизатори и др.;
  
  
• Защита от сблъсък на мобилно оборудване, например AGV и AMR системи.

Истинско предизвикателство в сферата на машинната безопасност е обезопасяването на 6-осни индустриални роботи с дълбок работен обсег, около които не са монтирани защитни прегради или бариери. Особено ценни за предприятията са възможностите за конфигуриране на зони с повишаващо се ниво на безопасност чрез лазерни скенери, които активират различни ответни действия с надграждащ се ефект при приближаване на човек към робота.

Такива могат да са звукова/светлинна индикация за риск при навлизане в най-отдалечената от робота защитена зона, забавяне (понижаване на работната скорост) на робота или превключване към безопасен режим при преминаване на предупредителния периметър и директно изключване на системата при влизане в основната защитена зона в непосредствена близост до робота, която покрива работния му обсег. За ситуации, в които е необходимо роботът да се движи в присъствието на оператор в близост, например при обслужване и поддръжка, се предвиждат специални режими или скенерите временно се заглушават/изолират.

Възможностите за елиминиране на слепи петна са описани в стандарта БДС EN ISO 10218 “Роботи и роботизирани устройства. Изисквания за безопасност на промишлени роботи”.

При AGV и AMR системите лазерните скенери динамично променят предупредителната и защитената зона в зависимост от посоката, скоростта и траекторията на мобилното средство. Това позволява непрекъснат мониторинг на работната среда, незабавно забавяне или спиране при регистриране на човек или обект на дадено разстояние и ограничение за стартиране или възобновяване на движението, когато предварителната проверка индикира риск.