Che cos’è una barriera ottica?

Una “barriera ottica”, o “barriera fotoelettrica”, è un dispositivo di sicurezza costituito da un emettitore di raggi luminosi o “fasci” (solitamente nel campo degli infrarossi) e da un ricevitore che li rileva. Quando una persona intercetta la barriera ottica, i raggi vengono momentaneamente interrotti, causando un segnale elettrico digitale.

Per tali ragioni, le barriere ottiche vengono utilizzate come mezzo di protezione a servizio di macchine in cui sussistono rischi per la sicurezza del personale. Infatti, rilevano la presenza o l’intromissione da parte di un operatore in un’area specifica e pericolosa: il segnale di intercettazione viene recepito dal sistema di comando, che attiva un’azione di sicurezza. Nella maggior parte dei casi, ciò comporta l’interruzione dei movimenti della macchina pericolosa o l’eliminazione dei pericoli da essa generati.

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Quali caratteristiche presenta la barriera ottica?

Una barriera ottica presenta le seguenti caratteristiche:

• Numero di fasci (n): numero di raggi luminosi emessi dalla barriera.
• Altezza superiore (mm): distanza dal pavimento al raggio superiore. Deve essere di almeno 900 mm, salvo presenza di elementi mobili prossimi alla barriera.
• Altezza inferiore (mm): distanza dal pavimento al raggio inferiore. Deve essere di almeno 300 mm, salvo presenza di elementi mobili prossimi alla barriera.
• Risoluzione (mm): distanza tra i raggi. La distanza minima tra i fasci deve essere di almeno 300 mm.
• Tempo di risposta (ms): tempo che intercorre tra l’intercettazione della barriera e il recepimento del segnale da parte del sistema di comando.

Come progettare la barriera ottica?

1. Distanza tra barriera ed elemento pericoloso

La barriera deve impedire che l’operatore raggiunga elementi mobili pericolosi. Poiché non costituisce un impedimento fisico, e poiché esiste un tempo di reazione del sistema, è necessario valutare la distanza tra la barriera ottica e l’elemento pericoloso affinché l’operatore non possa raggiungerlo prima dell’intervento del sistema di protezione.

La distanza S (in mm) si calcola con la seguente formula, in caso di approccio ortogonale (barriera montata verticalmente):

S = K · (t₁ + t₂) + C

Dove:

• K: velocità di avvicinamento del corpo (1600–2000 mm/s)
• t₁: tempo di arresto dell’elemento pericoloso
• t₂: tempo di risposta della barriera ottica
• C: distanza di intrusione

Esempi

• Se d ≤ 40 mm: C = 8(d – 14); se < 0, C = 0. Valore minimo S: 100 mm.
• Se 40 mm < d ≤ 70 mm: S = 850 mm
• Barriere a 2–4 fasci: S = 1600·T + 1200 mm

2. Valutazione dell’altezza inferiore e distanza S1

Si calcola la distanza S1 per evitare l’intrusione dall’alto:

S1 = 1600·T + CRO

Dove CRO si ottiene dalla seguente tabella:

La distanza di progetto sarà il valore maggiore tra S e S1.

3. Requisiti di sicurezza della barriera ottica

Poiché la barriera ottica è legata al sistema di comando di sicurezza, deve rispettare:

• Essere integrata in un’architettura sicura (es. PLC o relè di sicurezza).
• Avere dati certificati di affidabilità.
• Inviare un segnale digitale a 0 V in caso di intercettazione o guasto (fail-safe).
• Prevedere un reset manuale dopo l’ingresso nell’area pericolosa. Il reset automatico è ammesso solo se l’intromissione del corpo non è possibile.

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