安全光柵的定義
安全光柵（Safety Light Curtain），又稱安全光幕，是一種非接觸式的電敏保護(hù)裝置（ESPE, Electro-Sensitive Protective Equipment）。它屬于工業(yè)安全設(shè)備的一種，主要用于在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)，保護(hù)人員免受夾壓、剪切、卷入等機(jī)械傷害。
其核心功能是：在設(shè)備的危險(xiǎn)區(qū)域（如沖壓機(jī)、注塑機(jī)、機(jī)器人工作區(qū)等）前方形成一道由紅外光束構(gòu)成的“無(wú)形防護(hù)墻”。當(dāng)有人員或物體進(jìn)入這道光束區(qū)域時(shí)，光柵會(huì)立即檢測(cè)到，并迅速向設(shè)備的控制系統(tǒng)發(fā)送停止信號(hào)，使機(jī)器緊急停機(jī)，從而避免事故發(fā)生。
安全光柵廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線、包裝機(jī)械、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)、機(jī)器人工作站等需要人機(jī)協(xié)同作業(yè)的場(chǎng)景，是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要保障。
安全光柵的工作原
安全光柵的工作原理基于紅外光的發(fā)射與接收，通過(guò)“光束是否被遮擋”來(lái)判斷是否有物體進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。其系統(tǒng)主要由兩部分組成：
- 發(fā)射器（Transmitter）：包含一組或多組紅外發(fā)光二極管（LED），能夠并行發(fā)射出多束人眼不可見(jiàn)的調(diào)制紅外光。
- 接收器（Receiver）：與發(fā)射器相對(duì)安裝，內(nèi)部包含與發(fā)射光束一一對(duì)應(yīng)的光敏元件（如光電晶體管），用于接收發(fā)射器發(fā)出的紅外光信號(hào)。
其工作過(guò)程如下：
- 光束發(fā)射：發(fā)射器中的多個(gè)紅外LED按特定頻率（調(diào)制頻率）依次或同時(shí)發(fā)射出平行的紅外光束，形成一道或多道垂直的“光幕”。
- 光束接收：接收器中的光敏元件實(shí)時(shí)檢測(cè)對(duì)應(yīng)位置的光束是否到達(dá)。在正常狀態(tài)下（無(wú)人或物進(jìn)入），所有光束都能被接收器完整接收。
- 遮擋檢測(cè)：當(dāng)有物體（如人體的手、身體）進(jìn)入光束區(qū)域時(shí)，會(huì)阻斷一條或多條紅外光束。
- 信號(hào)中斷：被遮擋的光束無(wú)法到達(dá)接收器，導(dǎo)致接收器檢測(cè)到“信號(hào)丟失”。
- 安全信號(hào)輸出：接收器內(nèi)部的安全電路立即識(shí)別到光束中斷，并在極短時(shí)間內(nèi)（通常為幾毫秒到幾十毫秒）切斷其安全輸出回路（通常是將常閉觸點(diǎn)斷開）。
- 機(jī)器停機(jī)：安全光柵的輸出回路與設(shè)備的安全控制系統(tǒng)（如安全繼電器、PLC的安全模塊）相連。當(dāng)安全回路被切斷，控制系統(tǒng)會(huì)立即觸發(fā)緊急停止（E-Stop）指令，使危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件迅速停止運(yùn)行。
- 恢復(fù)運(yùn)行：當(dāng)遮擋物離開光幕區(qū)域，所有光束恢復(fù)連通后，安全光柵會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的自檢過(guò)程，確認(rèn)系統(tǒng)正常，然后安全輸出回路才能被重新激活。此時(shí)，操作人員需通過(guò)復(fù)位按鈕手動(dòng)復(fù)位安全系統(tǒng)，機(jī)器方可重新啟動(dòng)。
關(guān)鍵特點(diǎn)與技術(shù)要點(diǎn)
- 調(diào)制紅外光：使用調(diào)制信號(hào)的紅外光可以有效抵抗環(huán)境光（如日光、燈光）的干擾，確保檢測(cè)的可靠性。
- 分辨率（Detection Capability）：指光柵能檢測(cè)到的最小物體直徑，通常為14mm、20mm、30mm、40mm等。分辨率越小，保護(hù)越精細(xì)（如保護(hù)手指），但成本也越高。
- 安全等級(jí)：安全光柵必須符合國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)（如IEC 61496、ISO 13849），并達(dá)到一定的性能等級(jí)（PL） 或安全完整性等級(jí)（SIL），以確保其在故障時(shí)仍能安全停機(jī)。
- 響應(yīng)時(shí)間（Response Time）：從光束被遮擋到安全輸出斷開的時(shí)間，必須足夠短，以確保在機(jī)械停止前人員不會(huì)進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)。
- 自檢功能：安全光柵具備內(nèi)部自診斷功能，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身狀態(tài)（如LED故障、透鏡污染、對(duì)準(zhǔn)偏移等），一旦發(fā)現(xiàn)故障，會(huì)立即輸出故障信號(hào)，防止系統(tǒng)在不安全狀態(tài)下運(yùn)行。
