光幕屏蔽功能的規格與使用

光幕是相當便利且不顯眼的自動化安全元件，不但可以保護機器，還可以減少意外事故。在許多情況下，光幕可以補強、甚至取代鋼線網眼圍欄及其他硬式機械防護罩，同時還可增加額外的系統功能。事實上，許多機器管理工作，例如將原料裝入機器以及在機器出料口卸下成品等，就必須藉助光幕才能完成。若設施中有使用傳統的工業機器人，且該工作單位鄰近製造人力部署區，這類安全元件的適應特性就可派上用場，可大幅降低人員受傷的風險。

圖 1：若正確安裝且定期測試，正常運作的光幕可保護工作人員以免受傷，是簡單卻重要的元件。在此商業展示中，一對黃色光幕柱位於透明壓克力板的後面，但真實應用中並不會有這塊壓克力板。(圖片來源：Design World)

DigiKey 先前曾在一篇針對光幕基礎知識與基本參數主題的文章中提到，屏蔽只是設計過程中許多要指定的設定之一。其他相互關聯的光幕參數包括解析度、定位、停機距離、EN ISO 13849–1 類型的分類，以及用於邊界控制的鏡射功能。

光幕屏蔽設置、運作與測試

初步的設置與校正對光幕的正常運作相當關鍵。為了方便進行安裝程序，現今多數光幕製造商在元件中都會整合 LED。簡易的紅綠 LED 運作方式，是藉著發出綠光表示，發射器光幕與接收器光幕已適當對齊；或藉著發出紅光表示需要做更多調整。安裝人員應確保以下事項：

• 與全部光幕啟用區域相關聯的所有 LED 都發出綠光，即表示全都設定好，可以正常運作。
• 從光幕到危險性機器或機器人轉軸的距離位於光幕製造商提供的數值範圍內，也符合適用的 ISO、OSHA 及／或 ANSI 標準。

安裝作業應包含兩個步驟。首先，應在受光幕防護的危險性機器或機器人設計完全未通電下，對光幕進行設置，以遵循正確的上鎖／掛牌程序。在完成光幕獨立運作的檢查後，安裝人員接著應將光幕接至該工作區的緊急停止開關，並且在受防護設備通電且於安全模式操作下，重新測試系統。

圖 2：此處所示的光幕設計可以防護小型生產機器設備的進出點。本產品提供不同款式，在 0.1 至 2 m 範圍內的防護高度有 160、240 與 320 mm 三種，解析度為 14 mm (手指偵測) 或 24 mm (手部偵測)。端對端感測可以避免出現盲區。(圖片來源：Banner Engineering)

當然，光幕不一定適合所有機器防護應用。例如，若應用環境中，作用的機器區域附近有高反射性表面，光幕就會帶來問題。此外，若環境中有充滿煙霧的製程，或空氣中有許多微粒，光幕的功能也會失靈。在這類環境中，如果光幕的邊界受損，其防護的設備可能需要極長的時間才能安全停止。這個問題也可能導致設備將原料彈出指定的作用區域範圍。因此，設計工程師在針對充滿煙霧與灰塵環境設計安全系統時，務必要仔細考量光幕是否能有效保護人員，或者是否採用實體機器防護來確保安全。

優良的實務作法顯示，應在每次輪班開始時，對光幕進行快速驗證，確保運作正常。另外，每半年也應執行更徹底的檢查。這些檢查應對運作的衰退情形進行量化，特別是反應時間緩慢，或工作區中作用區域模糊的情形所導致的衰退。後者的影響甚鉅，是因為為了適應新產品的生產線，而要改變機器的設置。因為此類變動非常大，勢必要將工作區附近的光幕移位甚至替換，也要對光幕解析度和其他設定進行調整，以確保工作人員與機器獲得充分的保護。

涉及光幕屏蔽的特殊狀況

超大型工作區通常要使用光幕組合。當光幕串在一起時，可以擴大保護區域的邊界。這類安裝方式通常需要以交替方位擺放光幕。如此一來，一個光幕的發射器柱可與同一行列中下個光幕的接收器柱，呈背對背式擺放。這種發射器-接收器-發射器-接收器的柱子排列順序，可以避免串擾情形。

當然，在這些排列方式中 (如同任何光幕安裝的排列)，技術人員應確保每個光幕的發射器柱與接收器柱都依照從上到下的相同方位擺放，如此就能以期望的方式涵蓋作用區域，並且維持原先想要的解析度。

若受防護區域需要使用光幕角落，則有兩種選項可用。其一是使用鉸鏈柱組件 (有兩條以接頭連接的直線，並包覆角落呈 90° 或更大角度)；其二是使用角落鏡。在第二種選項中，可以使用發射器柱、接收器柱與兩個較高的鏡子，來防護工作區的三個面。簡單來說，發射器柱指向一個角落，而此角落配置一面鏡子，與下個角落的第二面鏡子呈 90° 擺放。發射器的訊號從第一面鏡子傳遞到第二面鏡子，然後繼續傳遞到受防護區域內第四個 (即最後一個) 角落的接收器。這種簡單的作法可以包圍較大的區域，但缺點是每面鏡子的反射率並非 100%，所以每次反射後訊號都會衰減。設計工程師應妥善查看製造商針對這些設置所列的規格；通常每次反射後的訊號強度會衰減 8 至 15% 左右。

針對超大型工作區，還有最後一項說明：這類區域絕大多數都有可能出現穿越的情況。當操作人員穿越光幕邊界並觸發機器停止或安全模式時，就會發生此狀況，但仍可以重新啟動危險性機器 (如果受防護區域內有採用正確的控制措施)。發生這種狀況時，操作人員基本上不會被危險工作區內的光幕偵測到，因此有可能會受傷甚至發生更糟的狀況。為了避免發生這種狀況，常見方案是省掉或停用機器上的啟動開關及控制功能，並在受防護區域外加上硬重置開關，此開關通常位於工作單元人機介面 (HMI) 附近的操作面板上。如此即可有效地強制機器操作人員離開危險工作區，並重新啟動設備。

光幕屏蔽與相關的遮蓋功能

有些工作區會要求定期暫停光幕功能。這類暫停稱為屏蔽，通常是發生在機器流程中與安全相關的部分，這部分也會要求機器操作人員手動介入。例如，當操作人員必須將棧板裝載至疊棧板機的輸入區域時，屏蔽功能是不可或缺的。屏蔽功能也常用來讓操作人員在機器人單元的輸出站卸載物件。

簡單來說，光幕屏蔽是由一系列存在偵測器謹慎協調運作所達成，預期偵測物料須具有特定大小與形狀。存在偵測器必須以特定順序進行觸發，才能暫時將物料要通過的光幕部分停用。在物料通過，而且必須搭配屏蔽作業的任務完成後，光幕的防護功能就會恢復。

圖 3：無論是何種應用，光幕屏蔽功能的設計僅能允許物料 (而非人員) 通過光幕。時序圖可以對光幕屏蔽功能的細節進行量化。(圖片來源：Design World)

有個功能與屏蔽相關，就是光幕遮蓋。在此，觸發此功能的是光幕本身，而非存在偵測器。簡單來說，光幕的光束會維持作用，並暫時允許物件通過並進入受限工作區，但不會觸發機器停機。或者有另一種遮蓋型式，稱為浮動遮蓋，光幕的電子元件會建立一個遮蓋區域，並在此遮蓋區域周圍設有適度容差區段，以允許物件穿越，而不必強制操作人員以相當難達到的精度擺放物件。

光幕遮蓋通常是在機器運作期間使用，以便完成的零件離開工作區。

結論

設計工程師在決定光幕大小並指定光幕時，應記錄所有受防護機器或機器人的適用標準，包括產業特定的要求，以及區域性或職業主管機關的相關要求。這些標準制訂後，即可針對特定光幕設備提供正確的設置與測試例行作業，並且指出需排除光幕的不明狀況或機器類型。