Las cortinas de luz y otros mecanismos ópticos de seguridad

Ver para
proteger
Las cortinas de luz y otros mecanismos
ópticos de seguridad protegen a los
operadores contra los peligros de la
maquinaria y el área de manufactura sin
sacrificar la eficiencia de producción.
Aquí encontrará como funcionan y como
pueden optimizarse sus características
protectoras.
Por Roger Harrison
e todos los equipos de seguridad en base a sensores de presencia electroópticos usados en el ambiente del conformado de metales, las cortinas de
luz infrarroja son las más populares. Las cortinas de luz aparecieron por
primera vez a mediados de los cincuenta y se atribuyen una gran variedad de
aplicaciones. El propósito de una cortina de luz es prevenir y detener el
movimiento de una máquina cuando se interrumpe la luz infrarroja,
usualmente por una mano o el cuerpo del operador.
Estos dispositivos sólo pueden ser usados en máquinas que pueden parar
rápida y consistentemente a mitad del ciclo sin dañar la máquina o crear algún
otro peligro. En prensas mecánicas, el uso de cortinas de luz es limitado a las
prensas capaces de detenerse en cualquier punto del ciclo; por lo general máquinas
de embrague neumático y accionamiento menor que una revolución. Las cortinas
de luz no pueden usarse en prensas de embrague de revolución completa debido a
su incapacidad de detenerse antes de completar el ciclo.
D
En prensas
mecánicas, el
uso de cortinas de
luz está limitado a máquinas capaces
de detenerse en cualquier punto
durante el ciclo, típicamente
máquinas de embrague neumático y
accionamiento menor a una
revolución, como ésta. Las cortinas de
luz no pueden usarse en prensas de
embrague de revolución completa
debido a su incapacidad para
detenerse antes de completar el ciclo.
Tipos de cortinas de luz
Una cortina de luz consiste en dos largas y delgadas barras de luz, montadas
verticalmente. El transmisor proyecta una fila de rayos de luz infrarroja al receptor,
con poco espacio entre cada rayo. Los rayos de luz se secuencian rápidamente
apagando y encendiendo – un LED (por sus siglas en inglés, Light Emitting Diode)
Roger Harrison es Director de Capacitación en Rockford Systems Inc., Rockford, IL.;
www.rockfordsystems.com.
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después de otro, a un pulso y
frecuencia específicos –.
Cuando un objeto interrumpe
uno o más rayos, el
controlador lógico de la
cortina de luz envía una
señal de paro a la máquina.
Las cortinas de luz
proporcionan dos tipos
de protección: de punto
de operación y de perímetro.
Las cortinas de luz de punto de
operación protegen las manos y los
dedos; requieren rayos de luz con
espaciamientos muy cercanos. La
distancia entre rayos de luz o
sensibilidad mínima (MOS, por sus
siglas en inglés Minimum Object
Sensitivity) de objeto para las
cortinas de luz de punto de operación
caen típicamente entre 13 y 25mm.
Las cortinas de luz de perímetro
detectan una persona caminando en el
perímetro de un área peligrosa. Por lo
tanto, los rayos de luz se puede
espaciar mucho más y aún ofrecer una
protección adecuada. Estos
dispositivos pueden ser montados
horizontalmente asegurándose que
nadie pueda pasar sobre ellos a un área
peligrosa. Aunque útiles para este
propósito, las cortinas de luz de
perímetro no son un sustituto seguro
para los dispositivos de punto de
operación.
Los dispositivos de un sólo rayo,
usados a menudo para protección de
perímetro funcionan normalmente en
pares para desalentar al personal de
pasar ya sea debajo de ellos o saltarlos.
Cálculo de distancias
de seguridad
Las regulaciones OSHA y los
estándares de seguridad ANSI B11
proporcionan fórmulas para calcular la
distancia mínima de seguridad entre la
cortina de luz y el área peligrosa. La
distancia para prevenir que el personal
atraviese el campo de medición lo
suficientemente rápido para “ganarle a
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Desde principios de los setenta,
OSHA ha usado esta fórmula para
determinar las distancias de
seguridad en prensas mecánicas.
Fórmulas de distancias
de seguridad
Los dispositivos
basados en láser que
proyectan los campos de
sensores a la punta de los dados
sirven como alternativas a las cortinas
de luz para desafíos de doblado únicos
e inherentes en dobladoras de cortina,
donde las manos de los operadores
deben estar muy cerca de los dados en
movimiento. Estos dispositivos se
montan con distancia de seguridad
cero y se diseñan para dobladoras de
cortina hidráulicas de dos velocidades,
parando rápidamente el movimiento
del dado durante su velocidad más
lenta de doblado.
la máquina”, o ser alcanzado por partes
en movimiento antes que se detenga la
máquina.
Los dispositivos de medición del
tiempo de paro, a menudo integrados
en los sistemas de control de prensa,
calculan las distancias de seguridad.
Estos dispositivos miden cuanto
tiempo toma a una máquina parar
cuando se interrumpe a medio ciclo.
Este tiempo se multiplica por una
velocidad promedio de movimiento
humano. El resultado, es la distancia en
metros a la que debe montarse la
cortina de luz del peligro más cercano.
Esta es la fórmula de
distancia de seguridad de
OSHA 29 CFR 1910.217
para prensas mecánicas (los
resultados se consideran
como la distancia de seguridad
mínima absoluta):
Ds x Ts = Distancia de
seguridad, donde
Ds = 1.6 metros por segundo,
que es la velocidad promedio del
brazo humano, también conocida
como velocidad de alcance.
Ts = tiempo de paro de la
prensa cuando se interrumpe el ciclo
en la posición de las “3 en punto”
(cuarto de vuelta, 90°) de la rotación
del cigüeñal, debido a que esto
produce el tiempo más largo de paro.
El resultado nos dice la distancia
mínima en metros desde la cortina de
luz al peligro más próximo del punto
de operación. Usualmente, la cara
frontal del troquel más grande que se
usa en la prensa.
Los estándares de seguridad ANSI
B11 más recientes refinan la fórmula
OSHA básica de la distancia de
seguridad. Estas nuevas fórmulas
toman en cuenta todos los elementos
que pueden afectar el tiempo de paro
de la máquina. Cómo resultado, la
distancia de seguridad en las formulas
ANSI, requiere que la cortina de luz se
localice significativamente más lejos
que la distancia obtenida usando la
fórmula OSHA descrita
anteriormente. Usando las fórmulas
actualizadas de los estándares ANSI se
obtienen distancias entre 40 y 50 por
ciento más grandes que la mínima
obtenida con la fórmula OSHA.
De los 24 estándares de seguridad
ANSI B11, aquellos que proporcionan
una fórmula de distancia de seguridad
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actualizada incluyen:
B11.1 Mechanical Power Presses
2001 (Prensas Mecánicas).
B11.2 Hydraulic Power Presses 1995
(R2002) (Prensas Hidráulicas).
B11.16 Powder Metal Compacting
Presses 2003(Prensas de Compactación
de Polvo Metálico).
B11.19 Performance Criteria for
Safeguarding 2003 (Criterios de
Desempeño de Seguridad).
ANSI/RIA R15.06-1999 Industrial
Robot Safeguarding (Protección de
Robots Industriales).
Adicionalmente, otros seis
estándares de seguridad ANSI B11
hacen referencia a ANSI B11.19 para
los requisitos de los dispositivos de
protección de sensores de presencia,
incluyendo la distancia de seguridad.
Aquí tenemos una formula de
distancia de seguridad actualizada para
cortinas de luz, encontrada en ANSI
B11.1 2001 para prensas mecánicas,
cláusula E8.5.3.16:
Ds = K (Ts + Tc + Tr + Tbm) + Dpf,
donde
Ds = distancia de seguridad de la
cortina de luz al peligro más cercano al
punto de operación.
K = constante de velocidad de la
mano (velocidad promedio de alcance
1.6 metros/seg).
Ts = Tiempo de paro de la prensa
desde que el elemento final de control
es des-energizado.
Tc = Tiempo de respuesta del
sistema de control de la prensa.
Tr = Tiempo de respuesta del
aparato sensor de presencia y de su
interfaz.
Tbm = Tiempo adicional de paro
del monitor de desempeño de paro.
Dpf = Distancia adicional por
factor de penetración (MOS y
cualquier otro canal desactivado).
El área activa del campo de sensores
de la cortina de luz no cubre de punta
a punta las barras de luz, dejando a
menudo un área cerca del final del
transmisor y receptor que no contiene
canales LED y, por lo tanto, no provee
protección. Cuando monte una cortina
de protección, asegúrese de que una
mano pequeña no pueda pasar por
esta área; especialmente, si se localiza
en la parte inferior del campo de
sensores. Este es una gran
preocupación cuando los operadores
alimentan piezas manualmente en
prensas mecánicas usando un
interruptor de pie para iniciar el ciclo.
La mayoría de las prensas
hidráulicas pueden usar efectivamente
una cortina montada verticalmente.
Aún cuando todavía se requiere de una
prueba de tiempo de paro, la distancia
de seguridad para prensas hidráulicas a
menudo es mucho menor que las de
las prensas mecánicas.
Protección de prensas
dobladoras de cortina
Las prensas dobladoras de cortina –
hidráulicas y mecánicas – emplean
comúnmente cortinas de luz. Pero la
distancia de seguridad excesiva plantea
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Un rastreador láser de proximidad (PLS) puede ser programado en el piso de
producción con una computadora portátil para proporcionar protección de área
como alternativa a los tapetes sensitivos a la presión. Las zonas de protección
programables pueden tener cualquier forma, con zonas de alerta de 12 metros y
zonas de emergencia de 4.5 metros. La zona de alerta se liga a un aparato de
advertencia auditiva o visual, mientras que la zona de emergencia se liga a un
circuito de paro de emergencia de la máquina.
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un problema con las dobladoras de
cortina mecánicas. Requiriendo, a
veces, un reemplazo del freno para
mejorar el tiempo de paro.
Dos tipos de doblado implican retos
especiales cuando se trata de usar
cortinas de luz en dobladoras de
cortina. El primero, consiste en el
doblado de piezas pequeñas que deben
ser sostenidas a mano, donde los dedos
del operador llegan relativamente cerca
del borde frontal de los dados. La
mano del operador a menudo bloquea
el campo de sensores de la cortina de
luz impidiendo que la dobladora inicie
el golpe. Algunas piezas pueden ser
fijadas en posición, con vacío,
mecánica ó magnéticamente, de
manera que la mano permanezca fuera
del campo de sensores durante el ciclo.
Desafortunadamente, estos
dispositivos de fijación no son
prácticos para todos los tipos de
piezas.
El segundo reto incluye piezas
grandes que requieren formados en
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lados adyacentes, como en el doblado
de caja. Cuando se usan cortinas de luz
para este tipo de trabajo un área
significativa del campo de sensores
debe ser desactivada o apagada,
permitiendo que la pieza se extienda a
través del campo de la cortina de luz
sin interrumpir el ciclo. En algunos
casos, la mano del operador y aún un
brazo completo pueden atravesar el
campo de sensores a lo largo del borde
de la pieza, proporcionando una
protección nula.
Para atender estos dos retos, los
proveedores de cortinas de luz han
creado dispositivos basados en láser
que proyectan los campos de sensores
a la punta de los dados. Estos
dispositivos que se montan con
distancia de seguridad cero y se
diseñan solamente para dobladoras de
cortina de dos velocidades con
capacidad de detenerse rápidamente
en la parte lenta del movimiento de los
dados. Aún cuando son más caros que
las cortinas de luz, proporcionan
soluciones a algunas de las
preocupaciones de seguridad más
problemáticas de las dobladoras de
cortina hidráulicas.
láser, que proyecta un rayo láser a
través de un espacio perimetral para
detener máquinas con movimientos
peligrosos cuando alguien o algo entra
en ese espacio.
Un dispositivo PLS puede ser programado en el piso de producción con
una computadora portátil. Las zonas de
protección programables pueden ser de
cualquier forma, desde simples semicírculos o rectángulos, hasta formas más
caprichosas. Estas formas se programan
en el aparato PLS por medio de una
prueba de barrido que define el
perímetro específico. La zona de alerta
del dispositivo alcanza los 12 metros
con una zona de emergencia de 4.5
metros. La zona de alerta se liga a un
aparato de advertencia audible o visual
mientras que la zona de emergencia se
liga al circuito de paro de emergencia
MF
de la máquina.
Una alternativa a los
tapetes de seguridad
Tradicionalmente, se han usado
guardas perimetrales y tapetes
sensibles a la presión para resguardar
áreas. Los tapetes sensibles a la presión
pueden ser dañados o atacados por
químicos en el piso del taller. Los
dispositivos de búsqueda óptica, que
pueden rastrear una envolvente o área
peligrosa pueden remplazar los
tapetes. Conocidos como rastreadores
láser de proximidad (PLS, por sus
siglas en inglés Proximity Laser
Scanners). Los dispositivos PLS o
rastreadores de área, fueron utilizados
por la industria originalmente a
principios de los noventa como topes
láser para vehículos guiados
automáticamente. Su uso se ha
extendido a otras máquinas y equipos.
Un dispositivo PLS parece una
cafetera de goteo. Un lente negro de
policarbonato cubre un transmisor
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