セーフティライトカーテン

安全入力機器として使用されるセーフティセンサのうち、最も代表的なものがセーフティライトカーテンです。
セーフティライトカーテンは、機械の危険領域への作業者の侵入を検知し、機械を停止させるために用いられるセンサです。
人体を確実に検知できるよう、診断機能などの様々な機能を備えています。

セーフティライトカーテン

自己診断機能

セーフティセンサ全体の要求事項を規定している規格である。IEC 61496-1では、セーフティセンサの故障を検知できる性能や故障検知の際のセンサの挙動に応じて、タイプというものを規定しています。セーフティライトカーテンで採用されているタイプ4では、累積故障が発生した際でも危険側の動作をせず、ISO 13849-1のPLeに相当する性能をもつように規定されています。そのためセーフティライトカーテンでは、デュアルCPUによる相互チェックと信号処理回路や出力回路の二重化による安全設計、さらにその安全動作を立証するためのFMEA*1により安全性を確保しています。

*1. FMEA:Failure Mode & Effects Analysis故障モード影響解析

回路ブロック図

回路ブロック図

有効開口角

有効開口角とは、ライトカーテンを回転させて、出力がONからOFFに変わる時の角度をいいます。光の反射の影響を少なくするため、狭い有効開口角が要求されます。

タイプ4の場合

光軸センターラインを軸とする回転

光軸センターラインを軸とする回転

あおり方向の回転

あおり方向の回転

タイプ4センサの投光器/受光器間の距離と有効開口角の関係

受光器間の距離 3.0m 1.5m 0.75m 0.5m
有効開口角 2.5° 5° 10° 14.7°

安全距離

セーフティライトカーテンなどの人体検知機器を設置する場合、人体が検出領域に侵入し、危険部に到達する前に機械を停止させる必要があります。そのために必要な最短距離が安全規格により規定されています。

ISO 13855による安全距離の計算式

ISO 13855では、人体検知機器と危険部位との間にとるべき安全距離を、「最小距離(S)」と表現しています。この最小距離は、以下の考え方で求めます。

最小距離(S)=人体の接近速度×応答時間+センサの検知能力による追加距離

A. 垂直方向接近

A. 垂直方向接近

指・手の検出

  • S=(K×T)+8(d-14)   d≦40
    • K=2,000mm《指の侵入速度を想定》
    • T=機械の最大停止時間+ライトカーテンの応答時間
    • d=ライトカーテンの最小検出物体値

注1. S≦100mmの場合、S=100mm
S≧500mmの場合、K=1,600で再計算し、その計算結果がS≦500mm となった場合、S=500mm

人体の検出

  • S=(K×T)+850   40<d≦70
    • K=1,600mm 《人体の歩行速度を想定》
    • T=機械の最大停止時間+ライトカーテンの応答時間
    • C=850mm 《腕を伸ばしたままの侵入を想定》

B. 平行方向接近

B. 平行方向接近

指・手の検出

  • S=(K×T)+(1,200-0.4H)
    • K=1,600mm《人体の歩行速度を想定》
    • T=機械の最大停止時間+ライトカーテンの応答時間
    • H=ライトカーテンの設置高さ

注1. H≧15(d-50)ただし、Hは1,000mmを超えないこと。Hは0を下回らないこと。
注2. 300mmを超えると(工業目的以外では200mm)下をくぐられる危険性がある。このことをリスクアセスメントに考慮すること
注3. セーフティマットで侵入検知をする場合 S=(1,600×T)+1,200

C. 角度を伴う侵入

C. 角度を伴う侵入

設置角度が30°以上であれば通常進入としてみなされ、垂直方向接近の計算式が適用されます

C. 角度を伴う侵入

設置角度が30°未満であれば平行進入としてみなされ、平行方向接近の計算式が適用されます

D. 2点切替装置

D. 2点切替装置

設置位置を切り替えて使用する場合は各々の状態に応じて安全距離を算出します

これらの関係性をまとめると下表のようになります。

条件 最小距離Sの計算に用いる式
d ≦ 40mm 100mm ≦ S ≦ 500mm S=(2,000mm/s×T)+8(d-14mm)
S > 500mm S=(1,600mm/s×T)+8(d-14mm)
40mm < d ≦ 70 mm S=(1,600mm/s×T)+850mm

セーフティライトカーテン特有の機能

ミューティング機能

一時的にセーフティライトカーテンの検知機能を停止し、セーフティライトカーテンの入光・遮光にかかわらず、出力のON状態を自動的に保つ機能をミューティング機能といいます。
検出エリア内をワークなどが通過する際、セーフティライトカーテンの遮光による工程の停止は通常であれば避けられません。そこにミューティング機能を追加することにより、人体侵入時のみ安全出力をOFFさせ、ワーク通過時は安全出力を自動的に保持できます。これによりラインを止めることなく作業を進めることが可能になります。
ただし、ミューティング中は安全検知機能が無効化されていますので、そこに人体が侵入しても危険源へOFF信号をだすことができません。そのため、ミューティングセンサの設置方法や制御方法には様々な条件が存在します。

部分ミューティング

ワークが検出区域を通過する際に、そのワークが遮光する部分だけの光軸を無効化するミューティングです。他の光軸は有効なため、ワーク通過部以外への人体などの侵入は常時検出することができます。また、ワーク通過時のみに作動するセンサ等を追加することにより、ワークが通過するタイミング以外などに人体の侵入があった場合に安全出力をOFFすることも可能です。

部分ミューティング

位置検出ミューティング

ロボットなどの機械の可動部が作業者にとって安全な位置にあることが確認されている場合に光軸を無効化するミューティングです。可動部が所定の位置をはずれた場合にはミューティングを終了します。

位置検出ミューティング

ブランキング機能

ブランキング機能とは、検出範囲から一定の範囲を常時無効化する機能です。

フィックスブランキング

光軸を常時遮光する物体が作業台などのように固定されている場合に用いるブランキングです。機械設計上、固定物による遮光が避けられない箇所へのセーフティライトカーテンの設置の際に有効です。

フィックスブランキング

フローティングブランキング

光軸を常時遮光する物体が固定されていない場合に用いるブランキングです。遮光物体による光軸の遮光位置が移動する箇所へのセーフティライトカーテンの設置の際に有効です。

フローティングブランキング

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