在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，光電檢測技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能化、高效率與本質(zhì)安全的核心支撐。其中，測量光柵（Measurement Light Grid）與安全光幕（Safety Light Curtain）作為兩類廣泛應(yīng)用的光電傳感裝置，常被部署在同一生產(chǎn)線上，協(xié)同完成檢測與防護(hù)任務(wù)。盡管二者在外觀上極為相似——均由發(fā)射器和接收器構(gòu)成，通過紅外光束形成“光柵”區(qū)域——但其技術(shù)原理、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與系統(tǒng)集成方式存在本質(zhì)差異。深入理解這些差異，并制定科學(xué)的集成方案，是確保自動(dòng)化系統(tǒng)高效、安全運(yùn)行的關(guān)鍵。
一、技術(shù)差異：功能定位決定設(shè)計(jì)邏輯
1. 核心功能不同
- 測量光柵：專注于非接觸式尺寸測量與位置識別。通過高密度光束陣列實(shí)時(shí)捕捉物體輪廓，計(jì)算其高度、寬度、厚度或通過數(shù)量，輸出精確的測量數(shù)據(jù)。
- 安全光幕：專用于人員安全防護(hù)。在危險(xiǎn)機(jī)械區(qū)域（如沖壓機(jī)、機(jī)器人工作區(qū)）建立保護(hù)屏障，一旦檢測到人體侵入，立即觸發(fā)急停信號，強(qiáng)制設(shè)備停機(jī)。
本質(zhì)區(qū)別：測量光柵是“信息采集設(shè)備”，安全光幕是“安全執(zhí)行裝置”。
2. 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與安全等級
- 測量光柵：遵循通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，無強(qiáng)制安全認(rèn)證要求。其設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于分辨率、響應(yīng)速度與測量精度，通常不具備功能安全等級（如SIL、PL）。
- 安全光幕：必須符合國際功能安全標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 61496、ISO 13849-1、IEC 62061等，并通過TüV、UL、CE等安全認(rèn)證。其安全等級通常為Type 4 / SIL 3 / PL e，具備冗余設(shè)計(jì)、自診斷功能和雙通道輸出（OSSD），確保單點(diǎn)故障下仍能安全停機(jī)。
3. 關(guān)鍵性能參數(shù)對比
| 參數(shù) | 測量光柵 | 安全光幕 |
|---|---|---|
| 分辨率 | 1mm、2mm（高精度） | 14mm、20mm、30mm（滿足安全距離） |
| 響應(yīng)時(shí)間 | ≤5ms（高速采樣） | ≤10~20ms（滿足安全停機(jī)時(shí)間） |
| 輸出信號 | 模擬量（4-20mA）、RS485、Ethernet、PNP/NPN | 安全輸出（OSSD），雙通道晶體管 |
| 自檢功能 | 基礎(chǔ)狀態(tài)指示 | 實(shí)時(shí)自診斷，故障自動(dòng)報(bào)警 |
| 控制回路 | 普通PLC輸入 | 必須接入安全PLC或安全繼電器 |
說明：安全光幕的光束間距并非越小越好，需根據(jù)ISO 13855標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算安全距離后確定。
二、集成方案：協(xié)同工作，提升系統(tǒng)智能化
在復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)中，測量光柵與安全光幕往往需要協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)“安全防護(hù)”與“智能檢測”的融合。以下是幾種典型集成方案：
方案一：獨(dú)立運(yùn)行，邏輯互鎖
- 應(yīng)用場景：自動(dòng)化分揀線、機(jī)器人上下料站
- 集成方式：
- 測量光柵負(fù)責(zé)檢測工件尺寸與位置，數(shù)據(jù)上傳至PLC或上位機(jī)用于分類或引導(dǎo)。
- 安全光幕獨(dú)立接入安全控制回路，一旦被遮擋，立即切斷設(shè)備動(dòng)力源。
- 通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)邏輯互鎖：僅當(dāng)安全光幕處于“安全狀態(tài)”時(shí)，測量系統(tǒng)才允許啟動(dòng)；反之，測量異常可報(bào)警但不強(qiáng)制停機(jī)（除非涉及安全）。
方案二：區(qū)域屏蔽與消隱協(xié)同
- 應(yīng)用場景：機(jī)器人工作站、自動(dòng)裝配線
- 集成方式：
- 安全光幕配置區(qū)域屏蔽（Muting）功能，允許機(jī)器人機(jī)械臂在特定時(shí)段穿過光幕而不觸發(fā)停機(jī)。
- 測量光柵用于檢測工件是否到位，其信號作為“屏蔽使能”條件之一。
- 邏輯控制：僅當(dāng)測量光柵確認(rèn)工件已就位，且安全控制系統(tǒng)授權(quán)后，才允許屏蔽功能激活，實(shí)現(xiàn)“測量觸發(fā)、安全護(hù)航”的智能協(xié)作。
方案三：多區(qū)域分層防護(hù)
- 應(yīng)用場景：大型沖壓生產(chǎn)線、立體倉庫
- 集成方式：
- 外層部署安全光幕，形成人員禁入?yún)^(qū)，實(shí)現(xiàn)一級安全防護(hù)。
- 內(nèi)層布置測量光柵，用于監(jiān)控物料流動(dòng)、堆疊高度或產(chǎn)品尺寸。
- 系統(tǒng)分層管理：安全層優(yōu)先級最高，任何安全事件立即中斷所有測量與生產(chǎn)流程。
三、集成設(shè)計(jì)要點(diǎn)
- 信號隔離：安全光幕的OSSD輸出必須與測量信號物理隔離，防止干擾導(dǎo)致誤動(dòng)作。
- 時(shí)間同步：在協(xié)同控制中，確保測量數(shù)據(jù)采集與安全狀態(tài)判斷的時(shí)序一致性。
- 安裝布局：避免光束交叉干擾，合理規(guī)劃安裝角度與距離，必要時(shí)加裝防護(hù)罩。
- 系統(tǒng)診斷：采用支持PROFIsafe、CIP Safety等協(xié)議的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障預(yù)警。
- 合規(guī)性審查：集成方案需通過風(fēng)險(xiǎn)評估（如EN ISO 12100），確保符合機(jī)械安全指令。
