自動機械安全技術

Sep 07, 2023

ライト カーテンの送信機には一連の LED が含まれており、同期した平行な赤外線光ビームのアレイを受信機に投影します。 写真提供：Keyence Corp. of America

作業員の安全を確保することは、すべての製造業者、特に 1 つ以上の自動組立ラインを運用している製造業者にとって日常的な課題です。 この目標を達成するために、多くの企業は、ANSI、ISO、ISA、OSHA 規格を満たすセンサーベースの安全コンポーネントが機械に装備されていることを確認しています。 これらには、ライト カーテン、レーザー スキャナ、セーフティ コントローラ、エンコーダ、インターロック スイッチが含まれます。

ライト カーテンは、ロバート ボッシュ GmbH がメキシコのトルカにあるモビリティ ソリューション工場での作業員の安全性と生産性を向上させるのに役立ちます。 米国キーエンス社製のカーテン「GL-Rシリーズ」は、エンジンシャフトにニードルベアリングを組み込む機械の周囲に使用されています。 この機械を収容するワークステーションでもいくつかの組み立てプロセスが検証されています。

キーエンスのトータルセンシングソリューション部門のプロジェクトマネージャー、スティーブ・ニエルゲス氏は、ボッシュが2014年にライトカーテンを導入したもう1つの理由は、生産ラインのサイクルタイムの短縮だったと述べた。サイクルタイムは14秒から12.3秒に短縮され、これにより機械の出力が向上した。 1 時間あたり 257 ～ 292 部。

「以前は、マシンの物理的ガードのサイクルにさらに 2 秒かかりました」と Nyerges 氏は説明します。 「オペレーターは、サイクルを開始する前にドアが完全に閉まるまで待つ必要がありました。現在では、カーテンが人や物によって遮られると、機械は自動的に停止します。」

CNC 旋盤オペレータの安全は、動力伝達装置メーカーの椿本チエインにとって最優先事項です。システムインテグレーターである PowerSafe Automation (PSA) のバイスプレジデント兼セールス エンジニアであるショーン マーテル氏は、PSA では旋盤の各スピンドルにエンコーダが装備されていると述べています。センサーと非接触ドアインターロックスイッチにより、オペレーターの安全性が最適化されます。

「厳重な警備と取っ手付きのドアが旋盤を囲んでいます」とマーテル氏は指摘します。 「以前は、作業者がドアを開けると、スピンドルが約 15 秒間回転してから停止していました。現在では、旋盤に近づきすぎると、近接センサーによって機械が停止します。スピンドルが停止すると、ドアのロック機構が作動します。」解放されました。」

この機械の自動停止により、作業者は深刻な切り傷、指や手の潰され、骨折、脱臼、切断から保護されます。 同様に重要なことは、インターロック スイッチやその他の安全製品を使用することで、メーカーは通常の機械の動作を維持しながら、高額な OSHA 罰金を回避できることです。 さらなる利点は、これらのテクノロジーの実装と保守がこれまでよりも簡単であることです。

ライトカーテンは、1950 年代に製品検出技術として導入されて以来、大幅に普及してきました。 カーテンは、次の条件の 1 つまたはすべてが当てはまる場合にのみ使用してください。 機械がサイクルまたはストロークのどこでも一貫して即時に停止できる。 労働者は頻繁に保護されたエリアにアクセスする必要があります。 物理的な警備員は邪魔になるでしょう。 サプライヤーは、ライトカーテンはクラッチが付いている機械や、シャットダウンする前に完全に回転する必要がある機械には決して使用すべきではないと述べています。

当初、ライトカーテンは、対応する光検出器のラインと一緒につながれた白熱灯を使用していました。 現在のライト カーテンは、送信機と受信機で構成される細長い光電センサーです。 送信機には一連の LED が含まれており、同期した平行な赤外線光ビームのアレイを受信機に投影します。 不透明な物体がビームのいずれかを遮ると、ライト カーテンは保護されているマシンに停止信号を送信します。

キーエンスの GL-R シリーズ タイプ 4 ライト カーテンは、カーテンを衝撃による損傷から完全に保護する幅 9 ミリメートルの凹んだレンズ表面を備えています。 また、厚さ 3 ミリメートルの押し出しアルミニウムボディ、単線配線システム、クイックフィットブラケットも備えています。 配線システムにより、カーテンの送信機と受信機を 1 本のケーブルで直接接続できるため、配線ミスが大幅に軽減されます。 クイックフィットブラケットはカーテンハウジングの後部チャンネルにねじ込み、特別な保護金具なしで標準装備のフレームワークに取り付けます。

「多くの業界のメーカーがライト カーテンを使用しています。ライト カーテンはハード ガードの効果的な代替手段だからです」と Nyerges 氏は言います。 「ライト カーテンは、自動車 OEM や、燃料棒組み立て用などの小型機械を操作する Tier 1 および Tier 2 に特に人気があります。」

マーテル氏によると、同社のカーテン関連の設備の 90 ～ 95 パーセントはシンプルで、ダウンタイムはほとんど必要ありません。 配線はカーテンから特注のセーフティボックスまで直接配線されており、送信機と受信機の間で信頼性の高い信号通信が行われます。

ライト カーテンの解像度 (ライト カーテンが感知できる最小の物体) は、何を検出する必要があるかによって異なります。 指の検出には 12 ～ 14 ミリメートルの解像度が使用され、手の検出には 30 ミリメートルが標準で、人の検出には 100 ～ 300 ミリメートルが使用されます。

昨年 4 月、オムロン オートメーション アンド セーフティは、耐油性、IP67G 等級の金属ハウジングを備えたライト カーテン F3SG-RR シリーズを発表しました。 オムロンの安全製品マーケティングマネージャーのマット・ドッズ氏は、カーテンはCNCマシニングセンターやその他の油を使用する機械が稼働する作業エリアで特に効果的であると述べています。 最大 3 つのカーテンをカスケード設計で直列接続して、さまざまな保護高さに適合し、検出面に最大 255 個のビームのアレイを生成できます。

解像度は14ミリメートルまたは30ミリメートルです。 両モデルの光学エリアは完全にゴムで覆われており、漏れ防止シールが施されています。 スマートクリック接続により、信頼性の高い接続が保証され、インストールが迅速化されます。 設置者はカーテンの各 M12 ケーブルを相手コネクタに挿入し、1/8 回転させてカチッという音を聞くだけです。

Banner Engineering の EZ-SCREEN LS カーテンは、さまざまなタイプの小型組立ステーションを保護するために特別に設計されていると、Banner 社のテクニカル マーケティング マネージャーである John Klesk 氏は述べています。 レシーバーエイドの設置者やメンテナンス作業者が使用できるように、全長に 2 色のアライメントインジケーターが組み込まれています。 緑色のライトは、センサーが適切に調整されており、受信窓が汚れていないことを示します。 センサーのどこかがずれていたり、窓が汚れていたりすると、ライトが赤色に変わります。 厚いアルミニウム製ハウジング、金属製エンドキャップ、凹型ウィンドウが衝撃による損傷を防ぎます。 オプションのリモートインジケーターを使用すると、カーテンの状態を離れた場所から確認でき、無駄のない製造環境での生産性をサポートします。

広い危険ゾーンを守るという課題には、固定またはモバイルアプリケーションで使用できるセーフティレーザースキャナが最適です。 このタイプのスキャナは、放射光の乱反射を使用して、ロボット作業セルの内部など、指定されたエリアへの人や物体の侵入を検出する光電子デバイスです。

「大規模な防護用途に安全マットの代わりに安全レーザー スキャナを導入するメーカーが増えています」と、組立自動化およびテスト システム インテグレーターである ATC Automation のアプリケーション エンジニアリング マネージャーであるジェイソン ヒッチコック氏は述べています。 「これは、スキャナーが簡単にプログラム可能で、費用対効果が高く、堅牢であるためです。また、マットは貴重な床面積を占有し、オペレーターによる磨耗や部品の落下による損傷を受けやすいためです。」

SICK は、safeHDDM (高精細距離測定) テクノロジーを使用して、誤ったトリップの発生とそれに関連するダウンタイムを削減する microScan3 レーザー スキャナを製造しています。 SICK のナショナル プロダクト マネージャーである Tyler Glieden 氏は、safeHDDM はスキャンごとに 80,000 以上のパルスを発するため、スキャナーが評価できるデータがより多く得られると述べています。 このデータをインテリジェントなアルゴリズムと組み合わせることで、スキャナーは画面上のほこり、周囲光、溶接火花、汚れを除去できます。

このスキャナはコンパクトですが、エリアとアクセスを保護するために 5.5 メートルのスキャン範囲と 275 度のスキャン角度を備えています。 標準の M12 接続と、CIP Safety over Ethernet/IP のオプションの統合を使用し、プッシュボタン診断を提供します。 Glieden 氏によると、このスキャナは自動車メーカーによってロボット溶接や組み立て用途に頻繁に使用されています。

最大 0.071 度の角度分解能を備えた Pepperl & Fuchs の R2000 シリーズ検出スキャナは、幅 1 ミリメートルほどの小さな物体を簡単に検出します。 標準モデルはスタッカークレーンや吊り下げコンベアシステムの突起物との衝突を回避し、高密度ユニットはロボット作業向けに設計されています。 どちらのモデルも 360 度のスキャンが可能ですが、後者のスキャナは 1 秒あたり 84,000 のスキャン ポイントと、0.043 度まで最適化された角度解像度を提供します。

Pepperl & Fuchs のテクノロジー ディレクターである Helge Hornis 氏は、スキャナー内のパルス レンジング テクノロジーにより、さまざまな周囲条件や対象物の条件下で正確な測定と短い応答時間を実現できると述べています。 オペレータがデバイス上でパラメータを直接設定すると、操作中にスキャナの対話型ディスプレイにテキスト、グラフィック、および診断情報が表示されます。

Keyence SZ-V セーフティ スキャナには、物体や人が保護エリアに入ったときに画像やビデオをキャプチャするカメラが内蔵されています。 Nyerges 氏によると、このスキャナーのユーザーには、農業機械用のタイヤなどの大型製品のメーカーも含まれています。 このスキャナは、8.4 メートルの保護ゾーン、26 メートルの警告ゾーン、および 190 度の視野を提供します。

Profinet、PROFIsafe、Ethernet/IP、または UDP を介したネットワーク通信が可能です。 その他の機能には、取り外し可能なディスプレイ、システム メモリ プラグ、マルチゾーン モニタリングなどがあります。

Banner の SC26-2 および XS26-2 セーフティ コントローラは両方とも、Profinet 通信プロトコル経由で接続されたデバイスにデータを送信できるようになりました。 構成可能な SC26-2 コントローラは、危険な動作をする機械に停止および始動機能を提供し、XS26-2 は最大 8 つの拡張 I/O モジュールをサポートします。

Klesk 氏によると、SC26-2 のユーザーには、いくつかの自動車 OEM および Tier 1、医療機器メーカー、食品および飲料会社が含まれます。 ロボット用途には、溶接セルやパレタイジング装置が含まれます。

どちらのモデルも最大 256 個の仮想ステータス出力を構成でき、これを使用して PLC、インジケータ ライト、および同様のデバイスに非安全ステータス信号を送信できます。 また、手動リセット、オン/オフ コマンド、ミュートの有効化、オフディレーのキャンセルなどの仮想非安全入力もサポートします。

オムロン NX-SL5 シリーズ セーフティ コントローラは、CIP Safety over Ethernet/IP 接続を使用して、あらゆる安全デバイスへの直接接続をサポートします。 コンパクトかつ強力で、安全装置、ローカルまたはリモート I/O、および CIP 安全接続を備えた産業用ロボットを含む幅広いアプリケーションに容易に適応します。 このユニットのモジュラー設計により、数個の I/O ポイントを備えた小規模システムから、最大 2,032 ポイントを必要とする大規模なアプリケーションまで、スケーラブルな拡張が可能です。 Sysmac Studio ソフトウェアを使用すると、さまざまな条件に基づいて自動プログラミングが可能になります。 オンライン安全機能検証によりワークフロー データが記録され、完全なトレーサビリティが実現します。

機能安全エンコーダは、特に機械的および電気的安全性を重視して、位置、角度、回転数に関する情報を生成します。 Pepperl & Fuchs の RVS58S シリーズは、サイン/コサイン インターフェイスを備えており、1,024 および 2,048 パルス カウントが可能です。 これらは TÜV 認定を受けており、IEC 61508 規格に従って最大 3 の安全度レベルのアプリケーションで使用できます。

ホーニス氏によると、エンコーダはコンベアやマテリアルハンドリングシステム、シザーリフトや圧延機のモーターを監視するために頻繁に使用されているという。 エンコーダは、-20 ～ 80 C の動作温度で 200 キロヘルツの最大出力周波数を実現します。エンコーダは、6,000 rpm で 40 ニュートン、または 12,000 rpm で 10 ニュートンの軸方向シャフト負荷に耐えられると評価されています。 ラジアルシャフト荷重は 6,000 rpm で 60 ニュートン、または 12,000 rpm で 20 ニュートンです。

Jim は ASSEMBLY の上級編集者で、30 年以上の編集経験があります。 ASSEMBLY に入社する前は、PM Engineer、Association for Facilities Engineering Journal、および Milling Journal の編集者を務めていました。 ジムはデポール大学で英語の学位を取得しています。