光幕是一種方便且不顯眼的自動化安全組件，用于保護機器和減少事故。在許多情況下，光幕可以補充甚至取代鏈式圍欄和其他硬性機械防護，同時賦予額外的系統功能。實際上，許多機器維護工作（如將原料裝入機器和在機器輸出端卸下成品）只有在使用光幕的情況下才能實現。這些安全組件的適應性也適合在有制造人員的工作單元附近操作傳統工業機器人，可以大大降低受傷的風險。
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圖 1：只要正確安裝、定期檢測并正確操作，光幕就是一種簡單、實用的保護工人免受傷害的組件。本圖中展示的是一對黃色的光幕柱，隱藏在一個透明的亞克力窗格后面，這個窗格在實際應用中是不存在的。（圖片來源：Design World）
正如之前 Digi-Key 關于光幕基礎知識和基本參數的文章中所提到的，屏蔽只是設計過程中需要指定的眾多設置之一。其他相互關聯的光幕參數包括分辨率、定位、停止距離、EN ISO 13849-1 類型分類，以及用于周界控制的鏡像。
光幕屏蔽的設置、操作和測試
初始設置和校準對正確的光幕操作至關重要。為了促進這一安裝過程，如今大多數光幕制造商均將在組件上集成了 LED。這些紅綠相間的 LED 工作原理很簡單，當發射器幕與接收器幕正確對準時發綠光，未對準需要進一步調整時發紅光。安裝人員應確保：
· 與所有光幕活動區域相關的所有 LED 燈都在發綠光（表明它們已經設置好可以正常運行）。
· 光幕與危險機械或機器人軸的距離在光幕制造商提供的數值范圍內，并且符合適用的 ISO、OSHA 和/或 ANSI 標準。
安裝應分兩步進行。首先，安裝光幕時應該將危險機器或機器人設計保護起來且完全斷電，同時遵循恰當的上鎖/掛牌程序。然后（核實獨立的光幕操作后）安裝人員應將光幕連接到工作區的緊急停止裝置 (e-stop) 上，并在受保護的設備通電并以安全模式運行的情況下重新測試系統。
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圖 2：這里顯示的光幕是為了保護一個緊湊型生產機器設備上的檢修口而設計的。它的防護高度為 160、240 和 320 mm，寬度為 0.1 至 2 m，分辨率為 14 mm（用于手指檢測）或 24 mm（用于手檢測）。端對端感應防止了盲區。（圖片來源：Banner Engineering）
當然，光幕并不能適合所有機器防護應用。例如，在有效機器區域附近存在高反光表面時，它們是有問題的。同時在煙氣很重的環境中，或者在空氣中有大量微粒的環境中，它們也可能發生故障。在這些情況下，由光幕保護的設備可能（如果其周界被突破）需要過長的時間才能安全停止。這個問題也可能導致設備將材料退出既定的活動區域。這就是為什么設計工程師在設計煙塵環境的安全系統時，要仔細考慮光幕是否能有效地保護人員，或者是否需要物理機器防護的關鍵。
最佳做法是，在每個班次開始時，應該對光幕進行快速驗證測試，以確保正常運行。此外，每半年應進行更徹底的檢查。這些檢查應量化任何操作的惡化——特別是那些以反應時間慢或工作區的活動區域被遮擋的形式出現的情況。后者在機器設置發生變化以適應新產品系列的生產時最為相關。在這種變化非常大的情況下，可能需要重新定位甚至更換工作區周圍的光幕，并調整光幕的分辨率和其他設置，以確保能夠充分保護工人和機器。
涉及光幕屏蔽的特殊情況
較大的工作區通常需要成組使用光幕。一般采用串聯安裝，以擴大保護區域周界。這種安裝方式通常要求光幕交替放置，讓一個光幕的發射器柱子與其成臨近光幕的接收器柱子背對背放置成一條直線。這種發射器-接收器-發射器-接收器的柱子順序避免了串擾。
當然，在這種排列方式中（與任何光幕安裝一樣），技術人員應確保每個光幕的發射器和接收器柱子從上到下的方向一致，以便按照預期覆蓋活動區域并保持其預期的分辨率。
當保護區需要光幕轉角時，有兩種選擇，一是鉸鏈式柱子組件（有兩根直長的柱子通過接頭連接，繞成 90° 角或更大），二是使用轉角鏡。用轉角鏡時，工作區三面都可以用發射器柱子、接收器柱子和兩個高鏡子來防護。簡而言之，發射器柱子指向一面固定在某一角落的鏡子，同時該面鏡子與下一個角落的第二面鏡子成 90° 角。發射器的信號從第一面鏡子傳到第二面鏡子，再傳到保護區的第四個也是最后一個角落的接收器。這是一個簡單的包圍更大區域的方法，雖然代價是每次鏡面反射不是 100% 有效，以及信號每次反射都會衰減。設計工程師最好檢查一下這些裝置的制造商規格；通常，每次反射后，信號強度會減少約 8-15%。
關于在較大工作區使用的最后一點說明：大多數工作區都有可能出現穿行的情況。當操作員走過光幕邊界并觸發機器停止或安全模式時，就會發生這種情況，但仍然能夠（如果保護區內有合適的控制裝置）重新啟動危險的機器。如果發生這種情況，基本上會出現操作員站在危險工作區而未被光幕發現的問題，并容易受到傷害或出現更糟的情況。防止這種情況出現的常見解決方案是省略或禁用機器上的啟動開關和控制裝置，并在保護區外設置一個硬復位開關——通常靠近工作單元人機界面的操作面板上。這可以有效地迫使機器操作員離開危險工作區，才能重新啟動設備。
光幕屏蔽和盲區過濾的相關功能
有些工作區需要定期暫停光幕功能。這種暫停稱為屏蔽，通常是在加工過程的安全部分，也恰好需要機器操作人員進行手動干預的時候。例如，當操作員必須將托盤裝入碼垛機的輸入區時，屏蔽是必不可少的。屏蔽也常用于讓操作員從機器人單元的輸出站卸載物品。
簡而言之，光幕屏蔽要由一系列存在檢測器進行仔細協調，檢測器預期要檢測到一定尺寸和形狀的材料。存在檢測器必須按一定的順序觸發，以使光幕在有物品進入時暫時失去作用。一旦物品通過且完成需要屏蔽操作的任務后，光幕保護功能就會恢復。
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圖 3：無論何種應用，光幕的屏蔽功能在設計上只允許材料通過光幕移動...而不是人員。時序圖可以量化光幕屏蔽功能的具體內容。（圖片來源：Design World）
與屏蔽有關的一個功能是光幕盲區過濾。在這里，觸發該功能的是光幕本身，而不是存在檢測器。簡而言之，光幕的光束仍保持活躍，暫時允許物體進入限制工作區——而不觸發機器關閉。或者在一種稱為浮動盲區過濾的盲區過濾變化中，光幕的電子裝置建立一個盲區過濾區域，并在該盲區過濾區域周圍建立一個適度的公差帶——以允許貨物穿透，而不強迫操作員以過于苛刻的精度放置物品。
在需要成品離開工作區的機器操作中，通常使用光幕盲區過濾。
結語
設計工程師在確定光幕的尺寸和規格時，應記錄所有適用于被保護機器或機器人的標準——包括行業特定的要求以及地方和職業管理機構的要求。確定這些標準后，這些標準就可以為具體光幕安裝提供正確的設置和測試程序指導，并指明是否由于條件復雜或機械類型不同而不能使用光幕。
來源：Digi-Key
作者：Scott Orlosky
