Cómo pueden proteger las personas y las máquinas los escáneres láser de seguridad

Los escáneres láser de seguridad pueden contribuir a la seguridad en instalaciones industriales y logísticas. Pueden proteger a las personas de interacciones inseguras con las máquinas y pueden proteger a las máquinas de interferencias involuntarias de las personas.

Se necesitan varios factores para maximizar la eficacia de los escáneres láser de seguridad. La primera es determinar si un escáner láser es la mejor solución o si otra tecnología, como una cortina de luz, puede ser más adecuada para la aplicación.

Una vez decidido que un escáner es la mejor opción, hay que tomar decisiones importantes, como:

• Selección de los campos y conjuntos de campos de protección de seguridad óptimos
• Uso de una norma como la Organización Internacional de Normalización (ISO) 13855 para situar las salvaguardias con respecto al acercamiento de una persona
• Selección del valor de muestreo múltiple correcto
• Selección de un escáner con las características óptimas

Este artículo comienza repasando los factores que afectan a cuándo elegir un escáner y cuándo una cortina fotoeléctrica. A continuación, presenta los criterios de selección importantes para el uso de escáneres y examina escáneres láser de seguridad representativos de IDEC, Omron, SICK y Banner Engineering.

¿Escáner o cortina?

Una de las primeras consideraciones es: ¿qué espacio físico se protege? Tanto los escáneres como las cortinas fotoeléctricas pueden proteger a las personas de posibles daños y a las máquinas de interferencias. Aunque existe cierto solapamiento en las capacidades de protección de los escáneres y las cortinas fotoeléctricas, en general se adaptan a aplicaciones diferentes, como:

Protección del punto de operación, que se refiere al área activa de una máquina donde se realiza el trabajo. Las cortinas ópticas son adecuadas para esta aplicación, ya que pueden colocarse en un lugar óptimo y su resolución puede configurarse para detectar dedos, manos o pies/piernas y proporcionar el nivel de protección necesario. Los escáneres suelen necesitar una distancia mínima mayor de los peligros debido a sus tiempos de respuesta más largos y no suelen utilizarse para la protección de puntos de operación.

Protección perimetral, que cubre varios lados de una máquina. Al igual que la protección de puntos de operación, las cortinas fotoeléctricas son idóneas para ofrecer soluciones compactas de protección perimetral. Si una persona cruza el perímetro, puede enviarse una señal de parada y la máquina se detiene. Aunque tanto las cortinas ópticas como los escáneres pueden utilizarse en la protección perimetral, las cortinas ópticas de seguridad se utilizan más a menudo en la protección perimetral, y los escáneres, en la protección de zonas.

Control de acceso y protección de zonas, que puede implementarse con una cortina fotoeléctrica o un escáner en función de las necesidades específicas de la aplicación. Las cortinas ligeras son adecuadas cuando hay un único punto de entrada. Por ejemplo, la supervisión y evaluación individual de cada haz luminoso permite a una barrera diferenciar entre una persona "alta" y un portador de material "bajo", como un palé que cruza un umbral, y modificar su respuesta en consecuencia.

Los escáneres pueden configurarse para vigilar un área de 275° a fin de crear una zona protegida bidimensional definida por el usuario (Figura 1). También pueden establecer varias zonas de protección en función de la distancia entre una persona y la máquina protegida y ralentizarla o detenerla según convenga.

Figura 1: Un escáner láser de seguridad como éste puede supervisar un área de 275° para crear una zona protegida bidimensional y enviar una alarma si cualquier persona u objeto inesperado entra en esa zona (líneas rojas). (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

Sistemas móviles, como robots móviles autónomos (AMR) y vehículos de guiado automático (AGV), que pueden beneficiarse del uso de varios escáneres. Estos escáneres pueden funcionar con baterías e instalarse para trabajar de forma cooperativa, vigilando simultáneamente decenas de zonas de seguridad alrededor del vehículo. Se pueden activar distintas zonas en función de la velocidad del vehículo, su posición y los cambios de dirección previstos. Los datos de los escáneres pueden complementarse con codificadores en las ruedas y otras entradas de sensores para apoyar la navegación AMR.

¿Qué nivel de seguridad?

Una vez definido el espacio físico que se quiere proteger, la siguiente consideración es el nivel de seguridad necesario. Además de tener distintas ventajas de aplicación, las cortinas fotoeléctricas y los escáneres láser de seguridad admiten distintos niveles de seguridad definidos por diversas normas internacionales. Por ejemplo, la norma ISO 13849-1 define la fiabilidad de las funciones de control seguras utilizando niveles de rendimiento (PL) de "a" a "e", representando PLe el nivel más alto.

Los escáneres láser de seguridad cumplen los criterios de PLd y son adecuados para su uso en aplicaciones en las que la seguridad es una prioridad fundamental. La clasificación PLd se concede a los sistemas con una probabilidad de fallo peligroso cada 1 a 10 millones de horas (141 a 1.141 años en caso de funcionamiento continuo). Las cortinas fotoeléctricas están disponibles con una gama más amplia de opciones, desde PLc hasta PLe.

La norma IEC 62061, Seguridad de las máquinas: Seguridad funcional de los sistemas de control eléctricos, electrónicos y electrónicos programables, es otra norma importante. Se basa en una estrategia de evaluación y reducción de riesgos para funciones de control de seguridad como cortinas fotoeléctricas y escáneres láser de seguridad. Incluye especificaciones de requisitos funcionales y requisitos de nivel de integridad de la seguridad (SIL).

Algunos ejemplos de requisitos funcionales son la frecuencia de funcionamiento, el tiempo de respuesta, los modos de funcionamiento, los ciclos de trabajo o útiles, el entorno operativo, las funciones de reacción ante fallos, etc. Los SIL resultantes se miden en una escala de 1 a 4 (Figura 2).

Figura 2: Los escáneres láser de seguridad cumplen los criterios PLd y SIL3 y son adecuados para aplicaciones en las que la seguridad es importante. (Fuente de la imagen: SICK)

La norma ISO 13855 define cómo colocar los escáneres con respecto a la aproximación de una persona. Por ejemplo, si un escáner está montado a una altura de 300 mm, una resolución de 70 mm es suficiente para detectar una pierna humana. En alturas de montaje inferiores, la resolución mínima recomendada es de 50 mm.

Especificaciones del escáner

Una vez que se ha determinado que un escáner láser de seguridad satisface los requisitos de la aplicación y puede soportar el nivel de seguridad necesario, es el momento de considerar las especificaciones. Algunos ejemplos de especificaciones importantes de los escáneres son:

Ángulo de exploración. Están disponibles varios ángulos de exploración, como 190°, 270° y 275°. El ángulo de escaneado y su estructura determinan cómo se monta el escáner en el sistema para supervisar las zonas necesarias.

Zonas de protección. Los escáneres láser de seguridad tienen varias zonas de protección, incluida la zona de protección primaria y una o más zonas de advertencia. Algunos pueden utilizar los datos escaneados para la configuración automática con el fin de ignorar los objetos inmóviles en las zonas de advertencia (Figura 3). En algunos casos, un escáner láser de seguridad puede escanear varias zonas de forma secuencial o simultánea. Por ejemplo, un escáner puede admitir hasta 70 conjuntos únicos de zonas de seguridad. En un AMR, esta función permite al escáner ajustar las áreas escaneadas en función del entorno y la velocidad de movimiento.

Figura 3: La puesta en marcha puede acelerarse utilizando un escáner que utiliza los datos escaneados para la configuración automática con el fin de identificar objetos fijos en las zonas de advertencia. (Fuente de la imagen: IDEC)

Alcance del campo de protección. Es la distancia máxima a la que puede extenderse el área protegida desde el escáner. Los valores típicos oscilan entre 3 y 10 m. El alcance del campo de protección requerido depende de la normativa local y del tiempo de respuesta y resolución del escáner.

Resolución. Se mide en mm y determina el tamaño mínimo del objeto que el escáner puede detectar con precisión. Los valores típicos oscilan entre 30 mm y 200 mm.

Tiempo de respuesta. También llamado tiempo de detección, mide la rapidez con la que un escáner puede reconocer la aproximación de un objeto. Los valores típicos oscilan entre 60 y 500 ms.

Muestreo. Indica cuántas veces debe escanearse sucesivamente un objeto para que el escáner lo reconozca. Por defecto, suele tardar al menos dos exploraciones de muestreo. Sin embargo, en algunos escáneres y en determinadas circunstancias, pueden ser necesarios diez o más escaneados de muestreo sucesivos para reconocer un objeto.

Doble zona de protección

Los escáneres láser de seguridad tienen varias Características y funciones que se adaptan a las diferentes necesidades de las aplicaciones. Por ejemplo, los escáneres láser de seguridad SE2L de IDEC incluyen funcionalidad maestro/esclavo y zonas de protección dobles. La función maestro/esclavo permite que un escáner se comunique con hasta otros tres escáneres. Esto puede simplificar considerablemente el diseño del sistema y permitir el uso de un controlador de menor costo, ya que el controlador de seguridad solo necesita comunicarse con el maestro, que reléa las instrucciones a los escáneres esclavos. El modelo SE2L-H05LP puede instalarse con cables de 2 a 20 m de longitud, lo que aumenta aún más la flexibilidad.

Estos escáneres tienen un tiempo de ciclo de escaneado de 30 ms y pueden incluir 32 patrones en el área de escaneado. Gracias a la función de doble zona, una sola unidad SE2L puede escanear de forma independiente dos zonas adyacentes simultáneamente, lo que elimina la necesidad de un segundo escáner y simplifica el diseño del sistema.

Baja potencia para seguridad a pilas

Ampliar los tiempos de funcionamiento de los AGV y los AMR puede ser una consideración importante. Estas aplicaciones pueden beneficiarse del uso del escáner láser de seguridad compacto (104,5 mm) OS32C-SP1-4M de Omron. Consume un máximo de 5 W (3,75 W en modo de espera) y dispone de 70 combinaciones de zonas de seguridad y de advertencia, lo que lo hace adecuado para su uso en entornos complejos (Figura 4). Otras características son:

• La resolución mínima puede fijarse en 30, 40, 50 ó 70 mm.
• La zona de seguridad varía en función de la resolución:
  • 1.75 m (resolución de 30 mm)
  • 2.5 m (resolución de 40 mm)
  • 3.0 m (resolución de 50 mm)
  • 4.0 m (resolución de 70 mm)
• Radio de la zona de advertencia de hasta 15 m
• Tiempo de respuesta configurable de 80 ms a 680 ms.
• El tiempo de conmutación de zona puede ajustarse de 20 ms a 320 ms

Figura 4: Este escáner láser de seguridad de baja potencia admite 70 combinaciones de zonas de seguridad y de advertencia, lo que lo hace idóneo para AMR que operan en entornos complejos o dinámicos. (Fuente de la imagen: Omron)

Campos triples con muestreo y resolución seleccionables

Los escáneres láser de seguridad S300 Mini Standard de SICK presentan resoluciones de detección y niveles de muestreo seleccionables. Por ejemplo, el modelo S32B-2011BA admite diámetros de resolución de 30, 40, 50 y 70 mm. Se pueden definir individualmente múltiples muestreos y resoluciones para cada campo, incluidos campos de protección simultáneos (Figura 5). Estos escáneres admiten hasta 48 campos de libre configuración y 16 conjuntos de campos conmutables. La función de campo triple permite utilizar simultáneamente un campo de protección y dos campos de aviso.

Figura 5: Los escáneres láser de seguridad S300 Mini Standard pueden implementar varios niveles de muestreo y diferentes resoluciones para cada campo de exploración. (Fuente de la imagen: SICK)

Eliminación de la necesidad de un controladores lógicos programables (PLC) de seguridad

Los escáneres láser de seguridad SX5 de Banner Engineering incorporan una función de muting integral que puede supervisar y responder a señales y suspender automáticamente la función de protección para permitir que un objeto atraviese la zona de seguridad sin generar una orden de parada. La función de muting permite suspender toda la zona de seguridad (muting total) o sólo una sección de la zona de seguridad (muting dinámico parcial).

Una unidad maestra SX5, como la SX5-ME70, puede controlar hasta tres unidades remotas como la SX5-R; el escáner también puede leer entradas de codificadores incrementales para modificar la zona de seguridad en función de la velocidad del vehículo. Estas funciones pueden eliminar la necesidad de hardware de control adicional, como los controladores lógicos programables (PLC) de seguridad.

Conclusión:

Si se especifican, configuran e integran correctamente, los escáneres láser de seguridad son idóneos para proteger a las personas y las máquinas en aplicaciones como el control de acceso, la protección de áreas y en sistemas móviles, incluidos AGV y AMR. Cumplen los requisitos de PLd y SIL3 y son adecuados para su uso en aplicaciones en las que la seguridad es una consideración importante. Estos escáneres están disponibles con varias combinaciones de Características y funciones para adaptarse a una serie de necesidades de aplicación.