Laserowe skanery bezpieczeństwa to złożone urządzenia, różniące się zasięgiem, algorytmami wykrywania, odpornością środowiskową i innymi cechami. Projektując bazujący na nich system bezpieczeństwa, należy wziąć pod uwagę wiele zmiennych i zależności. W artykule, który stanowi kontynuację pierwszej części tekstu na temat bezpieczeństwo robotów mobilnych AGV, przedstawiamy sześć typowych błędów, które popełnia się podczas doboru i konfiguracji laserowych skanerów bezpieczeństwa.
Część 2 – Laserowe skanery bezpieczeństwa
1. Myślenie o bezpieczeństwie zbyt późno
W wielu przypadkach, już po zaprojektowaniu, a nawet zbudowaniu maszyny, podejmuje się decyzję na temat umiejscowienia laserowego skanera bezpieczeństwa. W efekcie powstają martwe punkty (cienie tworzone przez elementy zasłaniające). Wymaga to wdrożenia poprawek mechanicznych, a czasami nawet zastosowania dodatkowych skanerów, tak aby pokryć cały wymagany obszar. Aczkolwiek, gdyby całość była poprawnie zaprojektowana już na początku, wystarczyłby jeden, ewentualnie dwa skanery.
Jeśli chodzi o bezpieczeństwo robotów mobilnych, to projektowanie tego aspektu z wyprzedzeniem jest zdecydowanie najbardziej opłacalnym rozwiązaniem i zapewnia największa niezawodność działania systemu.
W projektowaniu istotne jest, aby wziąć pod uwagę martwe strefy, zasięg (pokrycie) oraz potencjalne lokalizację zagrożeń otaczających maszynę. Dotyczy to również robotów AGV i im podobnych. W tym przypadku najbardziej odpowiednią pozycją do całkowitego pokrycia obszaru wokół pojazdów jest umieszczenie dwóch skanerów w przeciwległych rogach urządzenia.
2. Konfiguracja niepoprawnie wielu stanów
Opisana w pierwszej części tekstu koncepcja wielokrotnego próbkowania jest w praktyce często źle rozumiana. Domyślnie wartość ta wynosi zwykle 2 (czyli dwa skanowania wymagane do zadziałania), co jest wartością minimalną. Jednak może się ona różnić, w zależności od urządzenia i jego producenta. Wyższa wartość wielokrotnego próbkowania zmniejsza prawdopodobieństwo, że owady, iskry spawalnicze czy czynniki atmosferyczne spowodują wyzwolenie urządzenia.
Zwiększenie wielokrotnego próbkowania może zwiększyć dostępność maszyny, ale może również mieć negatywny wpływ na aplikację. Podwyższenie wartości próbkowania dodaje opóźnienie, co w praktyce może oznaczać konieczność powiększenia pola ochronnego. W praktyce zależy to od algorytmu wykrywania skanera, aczkolwiek gdy wartość to zostanie zmieniona, powstać może zagrożenie z powodu braku skuteczności działania urządzenia ochronnego. W przypadku zmiany należy wziąć pod uwagę nowy czas reakcji skanera laserowego bezpieczeństwa i odpowiednio dostosować minimalną odległość od punktu niebezpiecznego, aby zapewnić bezpieczeństwo. Ponadto w zastosowaniach pionowych, jeśli wartość wielokrotnego próbkowania jest ustawione zbyt wysoko, może istnieć możliwość przejścia przez pole ochronne bez wykrycia, co również stanowi potencjalny problem.
3. Bezpieczeństwo robotów mobilnych – niepoprawny dobór skanera
Maksymalne pole ochronne skanera jest jego ważną cechą, ale sama ta wartość nie powinna decydować o tym, czy skaner nadaje się do zastosowania w danym AGV. Jak już wspomniano w pierwszej części artykułu, laserowy skaner bezpieczeństwa to urządzenie typu 3. zgodnie z IEC 61496 oraz aktywne optoelektryczne urządzenia ochronne reagujące na odbicie rozproszone (AOPDDR). Oznacza to, że jego działanie zależy wprost od odbijania światła od obiektów. Dlatego, aby osiągnąć większy zasięg, skanery muszą być bardziej czułe.
W rzeczywistości oznacza to pogorszenie kąta skanowania oraz samej jakości wykrywania. Może to prowadzić do konieczności stosowania większej liczby próbek wielokrotnych i, być może, braku rozdzielczości kątowej. Skutkiem tego wymagane może być większe pola ochronne, a nawet zastosowanie dodatkowych skanerów. Stąd też ogólna zasada głosi: pole ochronne powinno być tak duże, jak to konieczne, ale jednocześnie tak małe, jak to tylko możliwe. Skanery o krótszym zasięgu mogą być bardziej niezawodne niż wersje o zasięgu dużym, co pomaga skrócić czasy reakcji, zmniejszyć „footprint” pojazdu i eliminować fałszywe alarmy.
4. Wybrano niepoprawną rozdzielczość
Do określenia miejsca montażu zabezpieczeń (skanera laserowego) zastosować można normę EN ISO 13855. Definiuje ona parametry w odniesieniu do prędkości zbliżania się ludzkiego ciała. Jeśli ustawienie lub konfiguracja skanera są nieprawidłowe, części ciała mogą nie zostać rozpoznane lub być nierozpoznane na czas.
Laserowy skaner bezpieczeństwa powinien być zamontowany w taki sposób, aby niemożliwe było przejście pod nim (przeczołganie się), przejście nad nim i pozostawanie poza polami ochronnymi. Jeśli czołganie się pod może stworzyć niebezpieczną sytuację, laserowego skanera bezpieczeństwa nie należy montować wyżej niż na wysokości 300 mm. W tym przypadku można wybrać rozdzielczość do 70 mm, tak aby zapewnić wykrywanie np. ludzkiej nogi. Czasami jednak nie jest możliwe zamontowanie urządzenia na takiej wysokości.
W przypadku montażu poniżej 300 mm należy zastosować rozdzielczość 50 mm. Bardzo częstym błędem jest montowanie skanera poniżej wysokości 300 mm i pozostawienie rozdzielczości 70 mm. Zmniejszenie rozdzielczości może również zmniejszyć maksymalne możliwe pole ochronne, stąd też wymagane jest jego sprawdzenie.
5. Brak uwzględnienia występujących warunków środowiskowych
Czasami laserowe skanery bezpieczeństwa mogą być najzwyczajniej niemożliwe do stosowania ze względu na warunki. Urządzenia takie, choć w ciągu ostatniej dekady stały się wysoce niezawodne – choćby dzięki coraz bardziej złożonym technikom wykrywania (np. SafeHDDM), cały czas są komponentami optoelektronicznymi, a więc wysoce wrażliwymi na środowisko pracy.
Istnieje jednak duża różnica pomiędzy zagwarantowaniem bezpieczeństwa a dostępności maszyny, zaś oczekiwania powinny być realistyczne od samego początku. Skaner może nie zapewniać stuprocentowej dostępności maszyny, jeżeli przed polem jego stale znajduje się kurz, gęsta para czy wióry. Oczywiście bezpieczeństwo będzie zachowane, ale wyzwolenia spowodowane warunkami otoczenia mogą być nie do zaakceptowania przez użytkownika.
W przypadku użytkowania w ekstremalnych warunkach należy zastanowić się, co będzie, gdy będą one wykluczały możliwość użycia skanera. Może to być szczególnie prawdziwe w zastosowaniach na zewnątrz w ulewnym deszczu, śniegu oraz we mgle, choć takie sytuacje w przypadku AGV stosowanych w intralogistyce raczej nie występują.
6. Skanery bezpieczeństwa – niebezpieczne przełączanie zestawów pól
Zestaw pól ustawionych w laserowym skanerze bezpieczeństwa może składać się z wielu różnych typów pól. Na przykład może on obejmować kilka pól ochronnych (zestaw 1 na rysunku) lub może składać się z jednego bezpiecznego pola ochronnego, dwóch pól ostrzegawczych i bezpiecznego pola wykrywania (zestaw 2).
Skaner, taki jak przykładowo microScan3 firmy SICK, może przechowywać wiele różnych pól, które można wybrać za pomocą wejść przewodowych lub bezpiecznych wejść sieciowych (np. CIP Safety, PROFISAFE, EFIPro). Jest to funkcja bardzo przydatna, aczkolwiek, zgodnie z EN ISO 13849 / EN 62061, taka funkcja do wybierania zestawu pól w dowolnym momencie powinna mieć tę samą wartość poziomu bezpieczeństwa (PL / SIL), co sam skaner.
Laserowy skaner bezpieczeństwa może być wykorzystywany w funkcjach bezpieczeństwa do PLd / SIL2. W przypadku AGV zwykle stosuje się dwa enkodery służące do przełączania pomiędzy polami skanowania, co pozwala na uzyskania przełączania pól zgodnie z PLe / SIL3. Obecnie dostępne są również enkodery obrotowe z certyfikatem bezpieczeństwa, których można używać samodzielnie, aby uzyskać przełączanie pola zgodnie z PLd / SIL2.
Czasami jednak bezpieczeństwo wyboru trybu jest pomijane. Przykładowo jeśli do wyboru zestawu pól zostanie użyty standardowy sterownik PLC lub jednokanałowy wyłącznik krańcowy, zmniejszy to PL / SIL całego systemu potencjalnie do PLc, a nawet PLa! Nieprawidłowy wybór zestawu pól może oznaczać, że AGV działa z małym polem ochronnym w połączeniu z dużą prędkością, a tym samym długim czasem zatrzymania, co tworzy potencjalnie niebezpieczną sytuację.
Bieżący artykuł „bezpieczeństwo robotów mobilnych” bazuje na publikacji dr. Martina Kidmana, specjalisty w brytyjskim oddziale firmy SICK.