Tecnologías para la seguridad de máquinas automatizadas

Jun 13, 2023

El transmisor de la cortina de luz contiene una serie de LED que proyectan una serie de haces de luz infrarroja paralelos y sincronizados al receptor. Foto cortesía de Keyence Corp. de América

Mantener la seguridad de los trabajadores es un desafío diario para todos los fabricantes, en particular para aquellos que operan una o más líneas de ensamblaje automatizadas. Para lograr este objetivo, muchas empresas se aseguran de que sus máquinas estén equipadas con componentes de seguridad basados ​​en sensores que cumplan con las normas ANSI, ISO, ISA y OSHA. Estos incluyen cortinas de luz, escáneres láser y controladores de seguridad, codificadores e interruptores de enclavamiento.

Las cortinas de luz ayudan a Robert Bosch GmbH a mejorar la seguridad y la productividad de los trabajadores en su planta de soluciones de movilidad en Toluca, México. Fabricadas por Keyence Corp. of America, las cortinas de la serie GL-R se utilizan alrededor de una máquina que instala cojinetes de agujas en el eje del motor. Varios procesos de montaje también se verifican en la estación de trabajo que alberga esta máquina.

Steve Nyerges, gerente de proyectos en la división de soluciones de detección total de Keyence, dice que la reducción de los tiempos de ciclo de la línea de producción fue otra razón por la que Bosch instaló las cortinas de luz en 2014. El tiempo de ciclo pasó de 14 segundos a 12,3, lo que aumentó la producción de la máquina. de 257 a 292 piezas por hora.

"Anteriormente, la protección física de la máquina tardaba 2 segundos más en completarse", explica Nyerges. "El operador tenía que esperar hasta que la puerta se cerrara por completo antes de iniciar el ciclo. Ahora, la máquina se detiene automáticamente cuando la cortina es interrumpida por una persona u objeto".

La seguridad de los operadores de tornos CNC es una gran prioridad para el fabricante de transmisión de potencia Tsubakimoto Chain Co. Shawn Martel, vicepresidente e ingeniero de ventas de PowerSafe Automation (PSA), un integrador de sistemas, dice que PSA equipa cada husillo de torno con un codificador, un sensor de proximidad sensor y un interruptor de enclavamiento de puerta sin contacto para optimizar la seguridad del operador.

"La protección y una puerta con manija encierran el torno", señala Martel. "Antes, cuando el trabajador abría la puerta, el husillo giraba durante unos 15 segundos antes de detenerse. Hoy en día, el simple hecho de pararse demasiado cerca del torno hace que el sensor de proximidad apague la máquina. Una vez que el husillo se detiene, el mecanismo de bloqueo de la puerta se apaga". liberado."

Este apagado automático de la máquina protege a los trabajadores de cortes graves, así como de dedos y manos aplastados, fracturados, dislocados y amputados. De igual importancia, los interruptores de enclavamiento y otros productos de seguridad permiten a los fabricantes evitar costosas multas de OSHA, mientras mantienen el funcionamiento normal de la máquina. Un beneficio adicional es que estas tecnologías son más fáciles que nunca de implementar y mantener.

Las cortinas de luz han crecido significativamente en popularidad desde que se introdujeron en la década de 1950 como tecnología para la detección de productos. Las cortinas solo deben usarse cuando se cumple una o todas las siguientes condiciones: La máquina puede detenerse de manera constante e inmediata en cualquier parte de su ciclo o recorrido; los trabajadores necesitan acceder al área vigilada con frecuencia; y las guardias físicas serían un impedimento. Los proveedores dicen que las cortinas de luz nunca deben usarse en máquinas con embrague o aquellas que requieren una revolución completa antes de apagarse.

Inicialmente, las cortinas de luz usaban lámparas incandescentes unidas con una línea correspondiente de detectores de luz. La cortina de luz actual es un sensor fotoeléctrico alargado que consta de un transmisor y un receptor. El transmisor contiene una serie de LED que proyectan una serie de haces de luz infrarroja sincronizados y paralelos al receptor. Si un objeto opaco bloquea alguno de los haces, la cortina de luz envía una señal de parada a la máquina protegida.

La cortina de luz tipo 4 de la serie GL-R de Keyence cuenta con una superficie de lente empotrada de 9 milímetros de ancho que protege completamente la cortina contra daños por impacto. También cuenta con un cuerpo de aluminio extruido de 3 milímetros de espesor, sistema de cableado de una línea y soportes de ajuste rápido. El sistema de cableado permite que el transmisor de la cortina se conecte directamente al receptor con un solo cable, lo que reduce en gran medida los errores de cableado. Los soportes de ajuste rápido se atornillan en el canal trasero de la carcasa de la cortina y se fijan a la estructura del equipo estándar sin hardware de protección especial.

"Los fabricantes de muchas industrias usan cortinas de luz porque son un reemplazo efectivo para las protecciones de seguridad", dice Nyerges. "Las cortinas de luz son especialmente populares entre los OEM automotrices y los Tier 1 y Tier 2 que operan máquinas más pequeñas, como las que ensamblan barras de combustible".

Martel dice que del 90 al 95 por ciento de las instalaciones relacionadas con cortinas de su compañía son simples y requieren poco tiempo de inactividad. El cableado se ejecuta directamente desde las cortinas hasta una caja de seguridad hecha a medida para una comunicación de señal confiable entre el transmisor y el receptor.

La resolución de la cortina de luz, el objeto más pequeño que puede detectar, depende de lo que se necesite detectar. Se usa una resolución de 12 a 14 milímetros para detectar dedos, 30 milímetros es estándar para detección de manos y 100 a 300 milímetros se usa para detectar personas.

En abril pasado, OMRON Automation and Safety presentó su serie F3SG-RR de cortinas de luz con una carcasa de metal resistente al aceite con clasificación IP67G. Las cortinas son especialmente eficaces en áreas de trabajo en las que se utilizan centros de mecanizado CNC y otras máquinas que utilizan aceite, señala Matt Dodds, director de marketing de productos de seguridad de OMRON. Se pueden conectar en serie hasta tres cortinas en un diseño en cascada para adaptarse a varias alturas de protección y producir una matriz de hasta 255 haces en el plano de detección.

La resolución es de 14 o 30 milímetros. El área óptica de ambos modelos está completamente cubierta con goma para producir un sello a prueba de fugas. La conectividad Smartclick garantiza una conexión fiable y acelera la instalación. El instalador simplemente inserta cada cable M12 de la cortina en un conector correspondiente, lo gira 1/8 de vuelta y escucha un clic.

Las cortinas EZ-SCREEN LS de Banner Engineering están diseñadas específicamente para proteger varios tipos de pequeñas estaciones de ensamblaje, dice John Klesk, gerente de marketing técnico de Banner. Indicadores de alineación bicolor integrados en toda la longitud del receptor para ayudar a los instaladores y trabajadores de mantenimiento. Las luces verdes indican que el sensor está alineado correctamente y que la ventana del receptor está limpia. Las luces se vuelven rojas cuando cualquier área del sensor está desalineada o la ventana está sucia. Una carcasa de aluminio grueso, tapas de metal en los extremos y una ventana empotrada evitan daños por impacto. Los indicadores remotos opcionales permiten ver el estado de la cortina a distancia para respaldar la productividad en un entorno de fabricación ajustada.

El desafío de proteger grandes zonas de peligro se resuelve mejor con un escáner láser de seguridad, que se puede utilizar en aplicaciones estacionarias o móviles. Este tipo de escáner es un dispositivo optoelectrónico que utiliza la reflexión difusa de la luz emitida para detectar la intrusión de una persona u objeto en un área específica, como el interior de celdas de trabajo robóticas.

"Cada vez más, los fabricantes están instalando escáneres láser de seguridad en lugar de tapetes de seguridad para grandes aplicaciones de protección", afirma Jason Hitchcock, gerente de ingeniería de aplicaciones en ATC Automation, un integrador de sistemas de prueba y automatización de ensamblaje. "Esto se debe a que los escáneres son fácilmente programables y más rentables y robustos. Además, las alfombrillas ocupan un espacio valioso en el piso y son susceptibles al desgaste del operador y al daño causado por las piezas que se caen".

SICK fabrica el escáner láser microScan3 que utiliza la tecnología safeHDDM (medición de distancia de alta definición) para reducir la ocurrencia de viajes falsos y el tiempo de inactividad relacionado. Tyler Glieden, gerente nacional de productos de SICK, dice que safeHDDM emite más de 80 000 pulsos por escaneo, lo que da como resultado más datos disponibles para que el escáner los evalúe. Estos datos, combinados con algoritmos inteligentes, permiten que el escáner filtre el polvo, la luz ambiental, las chispas de soldadura y la suciedad en la pantalla.

El escáner es compacto, pero ofrece un rango de escaneo de 5,5 metros y un ángulo de escaneo de 275 grados para protección de áreas y accesos. Utiliza conectividad M12 estándar e integración opcional de CIP Safety a través de Ethernet/IP, y ofrece diagnósticos con solo pulsar un botón. Según Glieden, los fabricantes de automóviles utilizan con frecuencia el escáner para aplicaciones de ensamblaje y soldadura robótica.

Con una resolución angular de hasta 0,071 grados, la serie R2000 de escáneres de detección de Pepperl & Fuchs detecta fácilmente objetos tan pequeños como 1 milímetro de ancho. El modelo estándar evita colisiones con piezas sobresalientes en un transelevador o un sistema de transporte suspendido, mientras que la unidad de alta densidad está diseñada para tareas robóticas. Ambos modelos son capaces de escanear en 360 grados, pero el último escáner proporciona 84 000 puntos de escaneo por segundo y una resolución angular optimizada de hasta 0,043 grados.

Helge Hornis, director de tecnología de Pepperl & Fuchs, dice que la tecnología de rango de pulsos dentro del escáner proporciona mediciones precisas y tiempos de respuesta cortos en diversas condiciones ambientales y de objetos. Después de que un operador configura los parámetros directamente en el dispositivo, la pantalla interactiva del escáner proporciona información de texto, gráfica y de diagnóstico durante la operación.

El escáner de seguridad Keyence SZ-V tiene una cámara incorporada que captura imágenes y videos cuando un objeto o persona ingresa al área protegida. Según Nyerges, los usuarios del escáner incluyen fabricantes de productos grandes, como neumáticos para máquinas agrícolas. El escáner proporciona una zona de protección de 8,4 metros, una zona de advertencia de 26 metros y un campo de visión de 190 grados.

Es posible la comunicación de red a través de Profinet, PROFIsafe, Ethernet/IP o UDP. Otras características incluyen una pantalla desmontable, conector de memoria del sistema y monitoreo de múltiples zonas.

Los controladores de seguridad SC26-2 y XS26-2 de Banner ahora pueden enviar datos a dispositivos conectados a través del protocolo de comunicación Profinet. El controlador SC26-2 configurable proporciona funciones de parada y arranque para máquinas con movimiento peligroso, mientras que el XS26-2 admite hasta ocho módulos de E/S de expansión.

Klesk dice que los usuarios del SC26-2 incluyen varios fabricantes de equipos originales (OEM) y Tier 1 de automóviles, fabricantes de dispositivos médicos y empresas de alimentos y bebidas. Las aplicaciones robóticas incluyen celdas de soldadura y equipos de paletización.

Ambos modelos se pueden configurar con hasta 256 salidas de estado virtuales, que se pueden usar para enviar señales de estado que no sean de seguridad a PLC, luces indicadoras y dispositivos similares. También admiten entradas virtuales que no son de seguridad, incluido el restablecimiento manual, los comandos de encendido y apagado, la habilitación de silenciamiento y la cancelación del retardo de apagado.

El controlador de seguridad de la serie NX-SL5 de OMRON es compatible con la conectividad directa a cualquier dispositivo de seguridad mediante una conexión CIP Safety a través de Ethernet/IP. Es compacto, potente y se adapta fácilmente a una amplia gama de aplicaciones que involucran dispositivos de protección, E/S locales o remotas y robots industriales con conexión de seguridad CIP. El diseño modular de la unidad permite una expansión escalable, desde un sistema pequeño con unos pocos puntos de E/S hasta aplicaciones grandes que requieren hasta 2032 puntos. El software Sysmac Studio permite la programación automática basada en una variedad de condiciones. La verificación de la función de seguridad en línea registra los datos del flujo de trabajo para una trazabilidad completa.

Los codificadores de seguridad funcional generan información sobre la posición, el ángulo y el recuento de revoluciones, con especial énfasis en la seguridad mecánica y eléctrica. La serie RVS58S de Pepperl & Fuchs tiene una interfaz seno-coseno y es capaz de contar 1024 y 2048 pulsos. Están certificados por TÜV y se pueden utilizar en aplicaciones con un nivel de integridad de seguridad de hasta 3, según la norma IEC 61508.

Hornis dice que los codificadores se usan con frecuencia para monitorear motores en sistemas de transporte y manejo de materiales, elevadores de tijera y prensas de laminación. Los codificadores ofrecen una frecuencia de salida máxima de 200 kilohercios en temperaturas de funcionamiento de -20 a 80 C. Están clasificados para manejar cargas de eje axial de 40 newtons a 6000 rpm o 10 newtons a 12 000 rpm; y cargas radiales en el eje de 60 newtons a 6.000 rpm o 20 newtons a 12.000 rpm.

Jim es editor sénior de ASSEMBLY y tiene más de 30 años de experiencia editorial. Antes de unirse a ASSEMBLY, Camillo fue editor de PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal y Milling Journal. Jim tiene un título en inglés de la Universidad DePaul.