safeHDDM – La Nueva Tecnología para Escáneres Láser de Seguridad

Autor: Alfonso Cavazos
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Introducción: Los escáneres láser de seguridad en automatización industrial

 Los escáneres láser de seguridad que cumplen con el nivel de rendimiento d según EN ISO 13849 y SIL2 según IEC 61508 se utilizan en aplicaciones móviles y no móviles para el monitoreo bidimensional sin contacto de puntos y áreas peligrosas y puntos de acceso. Hay una variedad de modelos en diferentes tamaños y con diferentes rangos de campo de protección, ángulos de escaneo, escenarios de evaluación y opciones de integración.

Los escáneres láser de seguridad activan la detención de una máquina o vehículo en cuanto detectan a una persona, una parte del cuerpo o cualquier otro obstáculo dentro del campo de protección. Esto evita que las personas se pongan en riesgo como resultado de movimientos peligrosos de la máquina. Actualmente estamos viendo un cambio en la tecnología de los escáneres láser de seguridad de escaneo activo: el principio de funcionamiento anterior se basa en la medición del tiempo de vuelo con un número limitado de pulsos individuales y evaluación de distancia analógica. Nuevo La tecnología de escaneo safeHDDM (Medición segura de distancias de alta definición) es un proceso digital de alta resolución para mayor seguridad. El procedimiento de medición, proporciona una óptica mejorada significativamente, robustez frente a influencias tales como la luz ambiental y el polvo, y hace posible la disponibilidad no alcanzada anteriormente en situaciones con muy difíciles condiciones de aplicación

Los escáneres láser de seguridad son muy versátiles y abren una amplia gama de posibilidades de aplicación. Montado horizontal o verticalmente en aplicaciones estacionarias, pueden monitorean puntos y áreas peligrosas, así como puntos de acceso a máquinas, y detectan si las personas alcanzar o entrar en estos espacios. En aplicaciones móviles, aseguran rutas automáticas para vehículos guiados.

Los escáneres láser de seguridad han demostrado ser dispositivos electrosensibles de protección confiables, y utilizados en miles de aplicaciones industriales por más de 20 años. Sin embargo, los procesos de medición de tiempo de vuelo anteriores con evaluación de señal analógica alcanzan sus limitaciones en condiciones ambientales adversas. La tecnología digital safeHDDM de alta resolución proporciona la respuesta a este problema. El proceso desarrollado y patentado por SICK ha estado en uso en la nueva generación de escáneres láser de seguridad microScan3 desde principios del 2016.

Tecnología de escaneo: anterior estándar de tecnología

Medición del tiempo de vuelo con evaluación de señal analógica

Los escáneres láser de seguridad se basan en un principio de funcionamiento de exploración activa. Se emite un rayo láser desviado por un espejo giratorio y se detecta la remisión de la luz que se refleja en la superficie de un objeto. En este tipo de medición, los escáneres también deben ser capaces de detectar objetos de manera confiable con una remisión de solo 1.8%, como material negro para pantalones. Incluso escenarios especiales, como una pierna en pantalón negro delante de un reflector, esto no debe afectar la función de seguridad. La distancia al objeto se calcula utilizando el método de medición del tiempo de vuelo. El tiempo entre la emisión y la recepción del pulso láser es proporcional a la distancia entre el escáner láser y el objeto o persona detectada. En el anterior procedimiento de medición del tiempo de vuelo, la señal se evalúa utilizando electrónica analógica. La frecuencia de medición es de alrededor de 500 pulsos por exploración a intervalos de ángulo constantes, por lo que cada pulso genera un valor medido.

Ventajas fundamentales

El principio de exploración activa de los escáneres láser de seguridad, la medición del tiempo de vuelo y el procedimiento de evaluación proporcionan una multitud de ventajas fundamentales en aplicaciones prácticas en comparación con otros dispositivos de protección: los emisores y receptores se encuentran en misma encapsulado los objetos se detectan directamente; sin necesidad de reflectores. Como resultado, el escáner láser de seguridad es fácil de instalar y alinear. Los escáneres pueden monitorear áreas de diferentes tamaños dentro de un nivel bidimensional. Dentro de un área monitoreada, los campos de advertencia y protección generalmente pueden definirse libremente, alternarse entre ellos durante la operación y rediseñarse en cualquier momento si cambian las condiciones de contorno fundamentales. Dependiendo de su diseño y conectividad, los escáneres láser pueden integrarse en dispositivos fijos y móviles, de una manera eficiente y que ahorra mucho espacio.

Restricciones de aplicación y disponibilidad

La aplicación de un escáner láser de seguridad con una simple medición del tiempo de vuelo tiene un impacto decisivo en su disponibilidad. Cuando al operar estos sistemas de medición optoelectrónicos, las influencias de luz ambiental y externa pueden causar deslumbramiento. La remisión de una persona u obstáculo detectable en tales casos desaparecería en el ruido óptico de la retroiluminación. En este caso, los sensores generan una señal de parada de emergencia. Esto detiene la máquina o el vehículo incluso si no se han detectado personas u obstáculos. Para evitar el deslumbramiento, es decir, para lograr una mayor relación señal / ruido, la salida del láser debería aumentarse significativamente. Esto generalmente no es posible en términos tanto de la disponibilidad de los dispositivos correspondientes como del cumplimiento de las disposiciones de protección láser. Las partículas de polvo en el aire que se acumulan con el tiempo en la pantalla frontal de los sensores también pueden afectar la disponibilidad de los escáneres láser de seguridad. Para recoger de manera confiable material de ropa negro, por ejemplo, los sistemas de medición tienen que ser muy sensibles. Al mismo tiempo, sin embargo, estos sistemas deben ignorar las remisiones de partículas de polvo. Cuanto mayor es la concentración de polvo en el aire, la evaluación analógica se vuelve menos capaz de hacer tales distinciones. Esto da como resultado una señal de parada de emergencia incluso si el escáner láser de seguridad no ha detectado una persona u obstáculo.

Otro escenario que puede afectar negativamente la disponibilidad es si múltiples escáneres láser de seguridad están operando en el mismo espacio al mismo tiempo. En tales aplicaciones, los sensores generalmente no pueden discernir si una remisión ha sido generada por su “propia” fuente de luz láser infrarroja o el pulso proviene de la de un escáner cercano pero diferente. Esto puede conducir a una señal de parada de emergencia involuntaria. Si el problema fue deslumbramiento, polvo, contaminación de la pantalla frontal o interferencia mutua, cualquier detención que puede rastrearse hasta estos factores, perjudica la productividad de la máquina o el vehículo, causa un trabajo de resolución de problemas y hace que el usuario tenga menos confianza en la tecnología de seguridad. Aquí es donde la alta resolución, de la nueva tecnología de escaneo digital safeHDDM entra en juego.

safeHDDM: la nueva tecnología de detección y evaluación patentada y certificada

Procedimiento de pulso múltiple de alta resolución relacionado con la seguridad

La tecnología safeHDDM relacionada con la seguridad, es el desarrollo adicional del procedimiento HDDM que se prueba en el campo de tecnología de medición láser. Se basa en la medición del tiempo de vuelo de los pulsos láser; sin embargo, en términos de tecnología, es significativamente diferente a las tecnologías de detección y evaluación utilizadas en escáneres láser de seguridad hasta ahora. El concepto de pulso múltiple de safeHDDM genera aprox. 80,000 pulsos individuales en cada exploración, en comparación con los aprox. 500 generados con la tecnología convencional. Por lo tanto, cada salida de valor medido safeHDDM proporciona aún más información porque no es solo compuesto de una sola medición de tiempo de vuelo, ahora incluye información evaluada de 140 pulsos. En este proceso,

los ecos digitalizados se compilan en paquetes de datos que se superponen durante la evaluación. Esto garantiza un tiempo y una medición de distancia significativamente más estable.

Acumulando valores medidos digitalizados en un histograma de señal.

Un aspecto clave de la tecnología de seguridad safeHDDMTM es la agrupación de pequeños valores de remisión digitalizados para la medición de distancia.

Estos se recopilan y acumulan en un histograma. Solo las señales por encima de un umbral significativo, se consideran, durante la acumulación del histograma. Además, los filtros digitales en el histograma analizan la forma y amplitud de la señal. Como resultado, safeHDDM puede detectar de manera confiable incluso valores de remisión mínimos predefinidos de 1.8% sin que estén enmascarados por señales de interferencia.

Pulsos láser codificados por tiempo

En safeHDDM, la frecuencia del pulso no solo es casi 170 veces mayor en relación con los procedimientos de medición anteriores, los pulsos mismos también están codificados por un retraso de unos pocos nanosegundos. La secuencia no es específica de cada escáner; es genérico

actuando de forma constante por un generador aleatorio integrado. La tecnología de medición solo considera secuencias en fase en el histograma. Aunque se detectan impulsos individuales desviados, desaparecen en el ruido de fondo durante la acumulación.

Beneficios prácticos de la nueva tecnología de escaneo

Valores medidos más estables para una mayor fiabilidad de detección

Como la cantidad de pulsos de láser por exploración es mucho mayor en safeHDDM que en la medición de tiempo de vuelo convencional, existe más datos de escaneo para calcular los valores medidos. Esto y la evaluación superpuesta de múltiples paquetes de datos digitalizados resultan en valores medidos extremadamente estables que se basan en 140 pulsos evaluados en safeHDDM en lugar de un solo pulso. Como una base para la detección de personas y objetos relacionada con la seguridad, esto abre niveles completamente nuevos de calidad de detección a través de un radio de monitoreo de 275 °.

Cuatro veces menos sensible a la luz solar y a la luz ambiental.

La emisión de pulsos láser y la agrupación de múltiples los valores de remisión digitalizados para la medición de distancia, aumentó significativamente la inmunidad a la luz ambiental en un factor de 4 hasta 40,000 Lux. Los escáneres láser de seguridad con safeHDDM son por lo tanto, prácticamente inmunes al deslumbramiento, sin importar si es de la luz solar brillante, iluminación ambiental artificial de alta frecuencia, o fuentes de luz o reflejos que brillan directamente en la óptica.

Mayor resistencia al polvo y a la formación de depósitos

El filtrado digital de las remisiones durante la acumulación de histograma en safeHDDM da como resultado que se eliminen las remisiones individuales aleatorias, mientras que las remisiones provenientes de secuencias de pulso codificadas del escáner se detectan y evalúan de manera confiable incluso cuando las intensidades de señal son bajas. Como resultado, las partículas de polvo o depósitos que se forman en la interface óptica tiene un impacto mucho menos negativo en la fiabilidad de detección y en una confiable función protectora. Además, la última generación de escáneres láser de seguridad con safeHDDM también cuenta con pantallas frontales curvadas. Estos desvían los reflejos que llegan de fuera del escáner.

Prácticamente no hay interferencia mutua

La codificación de tiempo de secuencia de pulso aleatorio significa que cada escáner láser de seguridad con safeHDDM solo evalúa sus propios pulsos o paquetes de pulsos. Como resultado, el problema de dos sensores que se detectan entre sí o utilizan una secuencia cifrada de forma idéntica mientras que detectan el mismo objeto al mismo tiempo es insignificante. Otros sensores y los sistemas de sensores que usan LED láser como fuentes de luz no afectan la función de seguridad y disponibilidad de esta nueva generación de escáner.

Disponibilidad significativamente mejorada

La nueva calidad de detección de safeHDDM facilita la protección de puntos y áreas peligrosas, y puntos de acceso. La probabilidad de que el dispositivo de protección electrosensible responda y active una emergencia sin que exista un peligro para una persona y, basándose únicamente en condiciones críticas de operación, se reduce al mínimo con safeHDDM. Esto aumenta la disponibilidad y productividad de la máquina o vehículo. safeHDDM se paga por sí mismo: la función de los escáneres láser de seguridad con esta tecnología es confiable y está libre de interrupciones involuntarias, y también reduce el riesgo de silenciamiento y manipulación del dispositivo de seguridad.

Puntos importantes para casos individuales

Los escáneres láser de seguridad con safeHDDM son sistemas de escaneo activos con fuentes de luz láser de alto rendimiento y pulso muy alto frecuencias Es posible que esto deba considerarse si se van a integrar en un entorno que ya tiene escáneres láser con Tecnología convencional u otros sensores láser. Para evitar que la alta densidad de pulso de safeHDDM influya en otros dispositivos con la tecnología de medición del tiempo de vuelo, recomendamos montar los dispositivos a diferentes alturas de montaje y con diferentes planos de escaneo de uno a otro. La ventaja de la alta resistencia al polvo y los depósitos alcanza sus límites en lugares donde las cargas de polvo son extremadamente altas o las partículas son relativamente grandes, como en un aserradero. En tales entornos, no podemos recomendar el uso de escáneres láser de seguridad sin medidas adicionales.

Resumen

 safeHDDM es una tecnología innovadora que se hizo pensando hacia el futuro para la medición de tiempo y distancia relacionada con la seguridad y con escáner láser de seguridad.  La tecnología cumple con todos los requisitos de las normas y directivas relevantes para la seguridad y protección vía láser, y alcanza un nuevo nivel de confiabilidad y, por lo tanto, disponibilidad para máquinas y plantas, incluso cuando se usa en ambientes con difíciles condiciones.

Los escáneres láser de seguridad con safeHDDM también cuentan con características de diseño significativas que aumentan su seguridad operativa en aplicaciones industriales, como en la industria automotriz, ingeniería mecánica o intralogística.

SICK Automation Solutions, S.A. de C.V., se pone a sus órdenes para ofrecer soluciones a sus necesidades de automatización y seguridad, con nuestro portafolio de más de 40,000 productos y servicios. Contáctenos vía telefónica al (472) 748 9451 o vía mexico@sick.com, y con gusto lo atenderemos.

Referencias

EN IEC 62061 “Seguridad de maquinaria – Seguridad funcional de control eléctrico, electrónico y electrónico programable relacionado con la seguridadsistemas”

EN ISO 13849-1 “Seguridad de las máquinas. Partes de los sistemas de control relacionadas con la seguridad. Parte 1: Principios generales para el diseño”

Directiva 2006/42 / CE del Parlamento Europeo y del Consejo del 17 de mayo de 2006, “Directiva de Maquinaria

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