Comment les scanners laser de sécurité peuvent protéger les utilisateurs et les machines

Les scanners laser de sécurité peuvent contribuer à la sécurité dans les installations industrielles et logistiques. Ils peuvent protéger les personnes contre les interactions dangereuses avec les machines, ainsi que les machines contre les interférences involontaires par des personnes.

Plusieurs facteurs sont nécessaires pour maximiser l'efficacité des scanners laser de sécurité. Le premier consiste à déterminer si un scanner laser est la meilleure solution ou si une autre technologie, comme une barrière immatérielle, est mieux adaptée à l'application.

Une fois qu'il a été déterminé qu'un scanner est le meilleur choix, vous devez prendre des décisions importantes, notamment :

• Sélection des champs et ensembles de champs de protection de sécurité optimaux
• Utilisation d'une norme comme la norme 13855 de l'Organisation internationale de normalisation (ISO) pour positionner les moyens de protection en fonction de l'approche d'une personne
• Sélection de la valeur d'échantillonnage multiple correcte
• Sélection d'un scanner avec le jeu de fonctionnalités optimal

Cet article passe tout d'abord en revue les facteurs qui influencent le choix entre un scanner et une barrière immatérielle. Il présente ensuite les critères de sélection importants pour l'utilisation des scanners et étudie des scanners laser de sécurité représentatifs d'IDEC, d'Omron, de SICK et de Banner Engineering.

Scanner ou barrière immatérielle ?

L'une des premières questions à se poser est la suivante : quel est l'espace physique à protéger ? Les scanners et les barrières immatérielles peuvent protéger les personnes contre les dommages et protéger les machines contre les interférences. Bien que les capacités de protection des scanners et des barrières immatérielles se recoupent en partie, ces dispositifs sont généralement adaptés à des applications différentes :

Protection des points de fonctionnement, qui fait référence à la zone active d'une machine où le travail est effectué. Les barrières immatérielles sont adaptées à cette application car elles peuvent être positionnées à un emplacement optimal et leur résolution peut être configurée pour détecter les doigts, les mains ou les pieds/jambes et fournir le niveau de protection requis. Les scanners ont généralement besoin d'une distance minimum plus grande par rapport aux dangers en raison de leurs temps de réponse plus longs, et ils ne sont généralement pas utilisés pour la protection des points de fonctionnement.

Protection périmétrique, qui protège plusieurs côtés d'une machine. Tout comme pour la protection des points de fonctionnement, les barrières immatérielles sont bien adaptées pour fournir des solutions compactes de protection périmétrique. Si une personne franchit le périmètre, un signal d'arrêt peut être envoyé et la machine est arrêtée. Même si à la fois les barrières immatérielles et les scanners peuvent être utilisés pour la protection périmétrique, les barrières immatérielles de sécurité sont plus souvent utilisées pour la protection périmétrique et les scanners sont plus souvent utilisés pour la protection de zones.

Contrôle d'accès et protection de zones, qui peut être mis en œuvre avec une barrière immatérielle ou un scanner en fonction des besoins spécifiques de l'application. Les barrières immatérielles conviennent lorsqu'il n'y a qu'un seul point d'entrée. Par exemple, la surveillance et l'évaluation individuelles de chaque faisceau lumineux permettent à une barrière immatérielle de différencier une personne « grande » d'un chariot de manutention « petit », comme une palette franchissant un seuil, et de modifier sa réponse en conséquence.

Les scanners peuvent être configurés pour surveiller une zone de 275° afin de créer une zone protégée bidimensionnelle définie par l'utilisateur (Figure 1). Ils peuvent également établir plusieurs zones de protection en fonction de la distance entre une personne et la machine protégée et la ralentir ou l'arrêter selon les besoins.

Figure 1 : Un scanner laser de sécurité comme celui-ci peut surveiller une zone de 275° pour créer une zone protégée bidimensionnelle et envoyer une alarme si une personne ou un objet inattendu pénètre dans cette zone (lignes rouges). (Source de l'image : Banner Engineering)

Systèmes mobiles, comme les robots mobiles autonomes (AMR) et les véhicules à guidage automatique (AGV), qui peuvent bénéficier de l'utilisation de plusieurs scanners. Ces scanners peuvent être alimentés par batterie et installés pour fonctionner conjointement, surveillant simultanément des dizaines de zones de sécurité autour du véhicule. Différentes zones peuvent être activées en fonction de la vitesse du véhicule, de sa position et des changements de direction anticipés. Les données des scanners peuvent être complétées par des codeurs sur les roues et d'autres entrées de capteurs pour prendre en charge la navigation AMR.

Quel niveau de sécurité ?

Une fois l'espace physique à protéger défini, le point suivant à prendre en compte est le niveau de sécurité requis. En plus d'offrir différents avantages applicatifs, les barrières immatérielles et les scanners laser de sécurité prennent en charge différents niveaux de sécurité définis par diverses normes internationales. Par exemple, la norme ISO 13849-1 définit la fiabilité des fonctions de contrôle sécurisées en utilisant des niveaux de performances (PL) allant de « a » à « e », PLe représentant le niveau le plus élevé.

Les scanners laser de sécurité répondent aux critères PLd et conviennent à une utilisation dans des applications où la sécurité est une priorité majeure. La classification PLd est accordée aux systèmes présentant une probabilité de défaillance dangereuse tous les 1 à 10 millions d'heures (141 à 1141 ans sur la base d'un fonctionnement continu). Les barrières immatérielles sont disponibles avec un plus grand choix d'options, de PLc à PLe.

CEI 62061, Sécurité des machines : la sécurité fonctionnelle des systèmes de commande électriques, électroniques et électroniques programmables est une autre norme importante. Elle repose sur une stratégie d'évaluation et de réduction des risques pour les fonctions de contrôle de sécurité telles que les barrières immatérielles et les scanners laser de sécurité. Elle comprend des spécifications d'exigences fonctionnelles et des exigences de niveau d'intégrité de sécurité (SIL).

Parmi les exemples d'exigences fonctionnelles figurent la fréquence de fonctionnement, le temps de réponse, les modes de fonctionnement, les rapports cycliques, l'environnement d'exploitation, les fonctions de réaction aux défaillances, etc. Les niveaux SIL résultants sont mesurés sur une échelle de 1 à 4 (Figure 2).

Figure 2 : Les scanners laser de sécurité répondent aux critères PLd et SIL3 et conviennent aux applications où la sécurité est importante. (Source de l'image : SICK)

La norme ISO 13855 définit comment placer les scanners par rapport à l'approche d'une personne. Par exemple, si un scanner est monté à une hauteur de 300 mm, une résolution de 70 mm est suffisante pour détecter une jambe humaine. À des hauteurs de montage inférieures, la résolution minimum recommandée est de 50 mm.

Spécifications des scanners

Une fois qu'il a été déterminé qu'un scanner laser de sécurité répond aux exigences de l'application et peut prendre en charge le niveau de sécurité requis, il est temps d'envisager les spécifications. Les spécifications importantes pour les scanners incluent notamment :

Angle de balayage. Plusieurs angles de balayage sont disponibles, tels que 190°, 270° et 275°. L'angle de balayage et sa structure déterminent la manière dont le scanner est monté dans le système pour surveiller la ou les zones nécessaires.

Zones de protection. Les scanners laser de sécurité offrent plusieurs zones de protection, dont la zone de protection principale, et une ou plusieurs zones d'avertissement. Certains peuvent utiliser les données scannées pour une configuration automatique afin d'ignorer les objets stationnaires dans les zones d'avertissement (Figure 3). Dans certains cas, un scanner laser de sécurité peut scanner plusieurs zones séquentiellement ou simultanément. Par exemple, un scanner peut prendre en charge jusqu'à 70 ensembles de zones de sécurité uniques. Sur un AMR, cette fonctionnalité permet au scanner d'ajuster les zones balayées en fonction de l'environnement et de la vitesse de déplacement.

Figure 3 : La mise en service peut être accélérée en utilisant un scanner qui utilise les données scannées pour une configuration automatique afin d'identifier les objets stationnaires dans les zones d'avertissement. (Source de l'image : IDEC)

Portée du champ de protection. Il s'agit de la distance maximum entre la zone protégée et le scanner. Les valeurs typiques s'étendent de 3 m à 10 m. La portée de champ de protection requise dépend des réglementations locales ainsi que du temps de réponse et de la résolution du scanner.

Résolution. Elle est mesurée en mm et détermine la taille minimum de l'objet que le scanner peut détecter avec précision. Les valeurs typiques s'étendent de 30 mm à 200 mm.

Temps de réponse. Également appelé temps de détection, il mesure la rapidité avec laquelle un scanner peut reconnaître l'approche d'un objet. Les valeurs typiques s'étendent de 60 ms à 500 ms.

Échantillonnage. Indique combien de fois un objet doit être scanné successivement pour être reconnu par le scanner. Par défaut, il faut généralement au moins deux balayages d'échantillonnage. Cependant, pour certains scanners et dans certaines circonstances, dix balayages d'échantillonnage successifs ou plus peuvent être nécessaires pour reconnaître un objet.

Doubles zones de protection

Les scanners laser de sécurité sont dotés de diverses caractéristiques et fonctions qui répondent aux différents besoins des applications. Par exemple, les scanners laser de sécurité SE2L d'IDEC incluent une fonctionnalité maître/esclave et des doubles zones de protection. La fonction maître/esclave permet à un scanner de communiquer avec jusqu'à trois autres scanners. Cela peut simplifier considérablement la conception d'un système et permettre l'utilisation d'un contrôleur plus économique puisque le contrôleur de sécurité n'a besoin de communiquer qu'avec le maître, qui relaie les instructions aux scanners esclaves. Le modèle SE2L-H05LP peut être installé à l'aide de câbles de 2 m à 20 m de long, améliorant encore la flexibilité.

Ces scanners ont un temps de cycle de balayage de 30 ms et peuvent inclure 32 motifs dans la zone de balayage. Grâce à la fonction de doubles zones, une seule unité SE2L peut balayer indépendamment deux zones adjacentes simultanément, éliminant ainsi le recours à un deuxième scanner et simplifiant la conception du système.

Basse consommation pour une sécurité fournie sur batterie

L'extension des durées de fonctionnement des AGV et des AMR peut être une considération importante. Ces applications peuvent bénéficier de l'utilisation du scanner laser de sécurité compact (104,5 mm) OS32C-SP1-4M d'Omron. Il consomme un maximum de 5 W (3,75 W en mode veille) et dispose de 70 ensembles de combinaisons de zones de sécurité et de zones d'avertissement, ce qui le rend adapté à une utilisation en environnements complexes (Figure 4). Les autres fonctionnalités incluent :

• La résolution minimum peut être définie sur 30 mm, 40 mm, 50 mm ou 70 mm.
• La zone de sécurité varie selon la résolution :
  • 1,75 m (résolution de 30 mm)
  • 2,5 m (résolution de 40 mm)
  • 3,0 m (résolution de 50 mm)
  • 4,0 m (résolution de 70 mm)
• Rayon de la zone d'avertissement jusqu'à 15 m
• Temps de réponse configurable de 80 ms à 680 ms
• Temps de basculement de zone pouvant être défini de 20 ms à 320 ms

Figure 4 : Ce scanner laser de sécurité basse consommation prend en charge 70 ensembles de combinaisons de zones de sécurité et de zones d'avertissement, ce qui le rend adapté aux AMR fonctionnant en environnements complexes ou dynamiques. (Source de l'image : Omron)

Triples champs avec échantillonnage et résolution sélectionnables

Les scanners laser de sécurité S300 Mini Standard de SICK présentent des résolutions de détection et de niveaux d'échantillonnage sélectionnables. Par exemple, le modèle S32B-2011BA prend en charge des diamètres de résolution de 30 mm, 40 mm, 50 mm et 70 mm. Plusieurs échantillonnages et résolutions peuvent être définis individuellement pour chaque champ, y compris des champs de protection simultanés (Figure 5). Ces scanners prennent en charge jusqu'à 48 champs librement configurables et 16 jeux de champs commutables. La fonction de triples champs permet d'utiliser simultanément un champ de protection et deux champs d'avertissement.

Figure 5 : Les scanners laser de sécurité S300 Mini Standard peuvent mettre en œuvre plusieurs niveaux d'échantillonnage et différentes résolutions pour chaque champ de balayage. (Source de l'image : SICK)

Éliminer le recours à un PLC de sécurité

Les scanners laser de sécurité SX5 de Banner Engineering sont dotés d'une fonction d'inhibition intégrée qui peut surveiller et répondre aux signaux et suspendre automatiquement la fonction de protection pour permettre à un objet de traverser la zone de sécurité sans générer de commande d'arrêt. La fonction d'inhibition permet de suspendre toute la zone de sécurité (inhibition totale) ou seulement une partie de la zone de sécurité (inhibition dynamique partielle).

Une unité maître SX5, comme le SX5-ME70, peut contrôler jusqu'à trois unités à distance comme le SX5-R. Le scanner peut également lire les entrées des codeurs incrémentaux pour modifier la zone de sécurité en fonction de la vitesse du véhicule. Ces fonctions peuvent éliminer le recours à du matériel de contrôle supplémentaire comme un PLC de sécurité.

Conclusion

S'ils sont correctement spécifiés, configurés et intégrés, les scanners laser de sécurité sont parfaitement adaptés à la protection des personnes et des machines dans des applications telles que le contrôle d'accès, la protection de zones, et sur les systèmes mobiles, notamment les AGV et les AMR. Ils répondent aux exigences PLd et SIL3 et conviennent aux applications dans lesquelles la sécurité est une considération importante. Ces scanners sont disponibles avec diverses combinaisons de caractéristiques et de fonctions pour répondre à de nombreux besoins applicatifs.