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12 systèmes de sécurité sans contact

ANTOINE CAPPELLE redaction@industrie-technologies.com
Sécuriser une machine est plus complexe qu'installer un interrupteur pour en arrêter le mouvement lorsque quelqu'un approche. Grâce aux dispositifs actuels de détection, plus précis et plus intelligents, il est possible d'optimiser le pilotage de tels automatismes. Pour cela, il faut choisir les produits les mieux adaptés en cernant les risques et les spécificités de chaque installation.

Toute machine effectuant un mouvement mécanique dans une usine peut représenter un danger, que ce soit directement pour l'opérateur qui l'utilise ou pour une tierce personne. Tout danger nécessite une protection. Il n'est pas toujours possible d'enfermer la machine physiquement. Il faut parfois autoriser le chargement de pièces ou le passage fréquent des opérateurs. C'est alors qu'interviennent les dispositifs électro-sensibles de protection. Ils remplissent les missions de protection modulable, grâce à des barrières immatérielles de sécurité ou des scrutateurs laser.

Définir les risques puis le degré de protection adapté

Presses, poinçonneuses, têtes de soudure : « Les barrières et scrutateurs laser peuvent être utilisées pour tout type de machine, automatique ou semi-automatique », explique Didier Novat, responsable produit chez le fabricant de composants d'automatismes Sick. Tous les secteurs de l'industrie sont concernés, de l'agroalimentaire à l'automobile, en passant par la logistique, la microélectronique et la pharmaceutique. Ces dispositifs laissent un passage physiquement libre, tout en le surveillant grâce à des rayons laser ou infrarouge. « Le but est d'arrêter une machine, ou une partie seulement, en position sécurisée lorsque les faisceaux sont obturés. Une presse sera ainsi stoppée en position haute », détaille Cédric Jouan, Responsable support technique chez Keyence, fabricant de capteurs et d'instruments de mesure. En partant de ce principe de base, de nombreuses adaptations sont possibles, selon la précision et la taille du dispositif, et grâce à des fonctions programmables.

« Outre l'installation de nouvelles machines, il faut également repenser la sécurité quand on modifie une machine, dans son implantation, dans la façon de l'utiliser, ou en lui ajoutant un élément », note Noël Martin, chargé du support technique, des études et projets chez le fournisseur de matériel Audin. La première étape pour choisir le dispositif le plus approprié est donc de définir les risques, et le niveau de protection qui en découle. Selon leurs caractéristiques, les systèmes sont classés, du moins au plus sûr, en type 2 et 4 pour les barrières, ou type 2 et 3 pour les scrutateurs. Ils doivent également se conformer aux niveaux d'intégrité de sécurité SIL, qui s'échelonne de SIL 1 à SIL 3, ou au niveau de performance PL, défini de A à E.

Des détecteurs intelligents pour éviter les arrêts intempestifs

Au-delà de ces niveaux de sécurité, la disposition du poste de travail oriente le choix du dispositif. Les barrières immatérielles sont généralement utilisées verticalement, pour détecter un passage à l'entrée d'une machine ou d'une zone. « La capacité de détection peut varier de 14 millimètres pour les doigts à 70 millimètres pour les jambes, et au-delà pour le corps », souligne Didier Novat. La portée des faisceaux peut aussi être un critère déterminant : « Il arrive qu'une barrière soit utilisée sur plus d'une dizaine de mètres, pour sécuriser par exemple certaines presses de grande envergure », explique Noël Martin. Les scrutateurs ont une portée et une précision moindre, mais servent plutôt à surveiller une surface horizontale, pour y détecter une présence. Les deux peuvent ainsi être complémentaires : en franchissant une barrière, un opérateur arrêtera une machine, laquelle ne pourra pas redémarrer tant que la personne restera dans le périmètre dangereux. Mais les barrières comme les scrutateurs ne se limitent pas à un rôle d'interrupteur, des fonctions plus complexes peuvent leur être assignées. Certaines barrières sont sélectives, par exemple pour laisser passer des palettes, reconnues par la détection de leur gabarit. Plus précis encore, des modèles sont capables de masquer seulement un nombre donné de faisceaux, fixes ou à n'importe quel endroit du champ. Ceci afin d'autoriser l'entrée d'un convoyeur de pièces, ou autre objet, tout en gardant la résolution nécessaire à la détection d'une main. Il est aussi parfois possible de faire redémarrer une machine par simple désoccultation du faisceau, ce qui fait gagner du temps.

Les scrutateurs peuvent, eux, gérer des zones à la géométrie complexe, et réagir différemment en fonction : simple alarme ou arrêt d'une machine. Un seul scrutateur peut ainsi protéger plusieurs machines. En leur faisant mémoriser plusieurs zones, on peut les installer sur des véhicules automatiques. Ils utilisent alors les paramètres adéquats, selon l'endroit où se trouve le véhicule et la vitesse à laquelle il se déplace, pour éviter les collisions. Cette intelligence, embarquée ou ajoutée aux détecteurs par des modules, assure un pilotage plus fin des machines, qui gagnent en productivité en évitant les arrêts intempestifs.

Un nettoyage régulier de ces systèmes est indispensable

L'installation mécanique de ces dispositifs de détection est généralement assez simple, et peut être effectuée par les techniciens habitués à la machine. Dotés d'une connectique standardisée et parfois de systèmes d'alignement par laser, « ce sont de simples composants d'automatisme », résume Didier Novat. Les interfaces des logiciels destinés au paramétrage se veulent intuitives. « En cas de manque d'expérience, nous conseillons tout de même de faire appel à un intégrateur, précise Noël Martin. Il pourra former le client en l'accompagnant pour la programmation. » Pour rester efficaces, ces systèmes ont besoin d'un nettoyage régulier : l'optique est incompatible avec des vitres opaques. Les produits disposent en général d'un témoin d'encrassement, qui assure que le fonctionnement reste optimal. « Nous avons rarement besoin d'intervenir dessus », assure Christophe Deram responsable sécurité industrielle chez Meubles Demeyere. « Nous utilisons des produits Sick, sur lesquels des interventions de petite maintenance sont possibles. Si ce n'est pas le cas, il est préférable d'avoir du stock, car s'il faut retourner le produit au fabricant, la machine est immobilisée tant que le composant n'a pas été remplacé. » À l'avenir, ces dispositifs de sécurité devraient évoluer vers toujours plus d'intelligence et de précision, jusqu'à aménager des espaces de travail collaboratifs entre opérateurs et robots. « Des applications tests sont en cours », déclare le responsable produit de Sick. « L'objectif est d'autoriser la présence d'un opérateur dans une zone proche du robot sans arrêter le processus. La vitesse de déplacement de la machine doit être d'autant plus faible que l'opérateur est proche. »

COÛT

En moyenne, un scrutateur coûte plus du double d'une barrière immatérielle.

Principe de fonctionnement

Les barrières immatérielles sont constituées d'un émetteur et d'un récepteur de faisceaux infrarouges. Selon la taille et la précision, le nombre et l'espacement des diodes est variable. Les systèmes les plus simples ne disposent que d'une cellule. Quand un faisceau est coupé par le passage d'un objet ou d'un opérateur, le dispositif arrête la machine auquel il est relié. Les scrutateurs sont constitués d'un laser qui balaye une surface par projection à intervalle régulier sur un miroir tournant. Grâce à la réflexion de la lumière, le système peut déterminer si quelque chose se trouve dans une zone désignée comme dangereuse. Il effectue alors l'action qui lui a été assignée : déclenchement d'une alarme, arrêt d'un véhicule ou d'une machine.

LE PLUS MOBILE

SCRUTATEUR S300 DE SICK Avec ses 32 scénarios commutables, ce scrutateur est fait pour les applications mobiles, comme la protection d'un chariot automatique. Chaque scénario est une combinaison de deux jeux de champs, parmi les 16 champs de sécurité et les 32 alarmes que peut contenir la mémoire. Le scrutateur s'adapte ainsi à tout le trajet, et épouse les virages. Il peut être monté en réseau de 2 à 4 appareils, pour surveiller l'arrière et les côtés d'un véhicule tout en restant simple à installer. Il peut également contenir un système de navigation si le véhicule n'en est pas déjà pourvu. FICHE TECHNIQUE Dimensions : 106 x 102 x 130 mm Résolution : 30 à 70 mm Niveau de sûreté : Type 3 Prix : À partir de 2 600 euros

LE PLUS COMPACT

BARRIÈRE GUARDSHIELD MICRO 400 DE ROCKWELL Avec son boîtier de 15 x 20 mm, cette barrière est le modèle le plus compact. Sa taille le rend idéal pour les postes de travail exigus, comme en microélectronique ou en pharmaceutique. Ses caractéristiques correspondent aux types de protection les plus fréquents : un niveau de sécurité de type 4, avec une résolution de 14 ou 30 mm pour détecter un doigt ou une main. Un relais de sécurité spécifique peut fournir les fonctions d'inhibition et de masquage, capables de s'adapter au passage de palettes de tailles différentes. Entubée, la barrière peut bénéficier d'une étanchéité IP69K, au lieu d'IP54. ccFICHE TECHNIQUE Dimensions : Section du boîtier : 15 x 20 mm Hauteur de protection : 150 à 1 200 Résolution : 14 ou 30 mm Niveau de sûreté : Type 4 Prix : 1 450 euros pour 600 mm de hauteur, 14 mm de résolution

LE PLUS SIMPLE

ccCELLULE PSEN OP2S DE PILZ Cette cellule photoélectrique unique fonctionne sur le même principe que les barrières de sécurité, et peut donc servir au contrôle d'accès. L'avantage de cette solution, peu chère, est qu'elle peut s'installer à des endroits où il est impossible de monter une barrière complète. Plusieurs cellules peuvent être montées en biais sur un même accès pour plus de sécurité. L'inconvénient de ce système est que chaque cellule nécessite un câblage, au contraire d'une barrière où un seul câblage suffit pour plusieurs cellules. Une cellule laser est également disponible. Sa portée atteint 40 mètres. ccFICHE TECHNIQUE Dimensions : Longueur : 9 cm. Diamètre : 18 mm Résolution : 1 faisceau Niveau de sûreté : Type 2 Prix : 168 euros

CHRISTOPHE DERAM RESPONSABLE DE LA SÉCURITÉ INDUSTRIELLE CHEZ MEUBLES DEMEYERE, FABRICANT DE MEUBLES EN KIT.

« Garder la protection effective le plus longtemps possible » Pour l'usinage de panneaux de bois aggloméré, nous utilisons des machines qui présentent des risques d'écrasement pour les opérateurs. Elles sont protégées par du grillage, mais aux entrées et sorties, il faut pouvoir laisser passer les panneaux régulièrement. Pour cela, nous utilisons des barrières immatérielles de sécurité. Elles empêchent tout passage, mais se désactivent quand une pile est prête à être chargée, que la machine la demande, et que la table élévatrice est prête à la recevoir. Grâce à ces trois critères, la protection reste effective le plus longtemps possible. Nous devons également sécuriser les navettes automatisées qui transportent les piles de panneaux. Pour détecter une présence sur leur trajectoire, et ainsi éviter les collisions, nous y avons installé des scrutateurs laser.

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