Lichtscherm

Wat is een lichtscherm?

Een lichtscherm (ook lichtgordijn of safety light curtain) is een contactloze, elektrosensitieve beschermingsvoorziening die met een raster van infraroodstralen een opening bewaakt en een gevaarlijke machinebeweging stopt zodra een hand, arm of persoon het beschermingsveld onderbreekt. In de normen heet het een AOPD (active opto-electronic protective device), een vorm van ESPE volgens IEC 61496. Lichtschermen worden toegepast waar een vaste afscherming of deur onpraktisch is omdat operators vaak toegang nodig hebben, zoals bij robotcellen, persen, verpakkingslijnen en palletiseerders. Ze maken deel uit van de machineveiligheid en zijn alleen effectief als type, resolutie, afstand en aansluiting kloppen.

🧠 Hoe werkt een lichtscherm?

Een lichtscherm bestaat uit een zender en een ontvanger die tegenover elkaar staan. De zender stuurt in hoog tempo en na elkaar gepulste infraroodstralen uit; de ontvanger controleert of elke straal op het juiste moment aankomt. Daardoor reageert het systeem niet op omgevingslicht of op een tweede zender in de buurt.

Wordt één straal onderbroken, dan schakelt de ontvanger zijn twee veiligheidsuitgangen uit:

• OSSD-uitgangen (Output Signal Switching Device) - twee redundante PNP-uitgangen van 24 V. In de vrije toestand gaan ze kort laag met testpulsen, verspringend per kanaal, zodat het lichtscherm een kortsluiting naar 24 V, naar 0 V of tussen beide kanalen zelf ontdekt.
• Veiligheidslogica - de OSSD’s gaan naar een veiligheidsrelais of een safety-PLC, die de motorstroom afschakelt of een gecontroleerde stop uitvoert volgens de stopcategorieën van IEC 60204-1. Een safety-PLC moet de testpulsen filteren, anders ziet hij ze als onderbreking.
• EDM (External Device Monitoring) - via een verbreekcontact van de contactoren controleert het lichtscherm of de contactoren echt zijn afgevallen, en weigert opnieuw te starten als een contact is vastgelast.
• Start/herstartvergrendeling - na een onderbreking start de machine pas weer na een bewuste druk op een resetknop die buiten het gevarengebied staat met zicht op de zone.

De reactietijd van het lichtscherm zelf ligt bij moderne apparaten meestal tussen ongeveer 5 en 20 ms. Voor de veiligheid telt echter de totale tijd tot stilstand, inclusief relais, besturing en de remweg van de machine.

📐 Welke typen en resoluties zijn er?

IEC 61496 deelt elektrosensitieve beveiligingen in typen in. Het type bepaalt hoe goed het apparaat fouten ontdekt en storingen zoals reflecties weerstaat, en dus welk Performance Level of SIL u met het apparaat kunt halen.

De kleinere openingshoek van Type 4 beperkt de kans dat een straal via een glanzend oppervlak om een hand heen reflecteert. Naast het type kiest u de resolutie (detectievermogen): de kleinste diameter die gegarandeerd wordt gezien.

Verder kiest u de beschermingshoogte (de verticale dekking van het veld) en de reikwijdte tussen zender en ontvanger, bij lichtschermen typisch enkele meters tot zo’n 12 m, afhankelijk van fabrikant en resolutie. Bij meerstraals lichtroosters liggen de stralen op vaste hoogtes boven de vloer: 400 en 900 mm bij twee stralen (alleen als de risicobeoordeling dat toelaat), 300, 700 en 1100 mm bij drie, en 300, 600, 900 en 1200 mm bij vier stralen.

📏 Hoe berekent u de veiligheidsafstand?

Een lichtscherm stopt een machine niet direct. Het moet daarom zo ver van het gevaarpunt staan dat een hand die het veld doorbreekt het gevaar pas bereikt als de beweging al stilstaat. ISO 13855 geeft de rekenregels. De klassieke formule uit de editie van 2010 is:

S = K × T + C

• S - minimale afstand tussen beschermingsveld en gevaarpunt (mm)
• K - benaderingssnelheid: 2000 mm/s voor hand en arm, 1600 mm/s voor lopen
• T - totale tijd: reactietijd lichtscherm + reactietijd relais/besturing + stoptijd machine (s)
• C - extra afstand voor het doordringen in het veld; bij een resolutie d tot 40 mm is C = 8 × (d − 14)

Rekenvoorbeeld bij een verticaal lichtscherm met 30 mm resolutie en een gemeten totale stoptijd van 0,3 s: S = 2000 × 0,3 + 8 × (30 − 14) = 728 mm. Omdat dat meer dan 500 mm is, mag u opnieuw rekenen met K = 1600: S = 1600 × 0,3 + 128 = 608 mm, met een ondergrens van 500 mm. Met een 14 mm-lichtscherm en een stoptijd van 0,2 s komt u uit op 400 mm. Bij resoluties boven 40 mm en bij meerstraals roosters geldt C = 850 mm en K = 1600 mm/s, omdat een arm tussen de stralen door kan reiken. De afstand mag nooit kleiner zijn dan 100 mm.

De editie ISO 13855:2024 heeft de berekening herzien tot S = K × T + DDS + Z, met een aparte indringafstand (DDS) en aanvullende toeslagen (Z). Ook houdt deze editie rekening met een gevaarpunt dat na de onderbreking nog verschuift. Controleer bij nieuwe ontwerpen dus welke editie uw ontwerp volgt en neem dat op in het technisch dossier.

🔧 Wat zijn muting en blanking?

In productielijnen moet materiaal soms wél door het beschermingsveld, bijvoorbeeld pallets uit een palletiseerder. Daarvoor bestaan twee functies:

• Muting - tijdelijk en automatisch overbruggen van het lichtscherm terwijl materiaal passeert. Twee of vier mutingsensoren (meestal fotocellen of reflectiesensoren, soms naderingsschakelaars) herkennen het materiaal aan volgorde, timing en afmeting. Mutingsensoren moeten binnen een kort tijdvenster (vaak circa 4 s) samen actief worden en de mutingtijd is begrensd. Een mens mag de muting nooit zelf kunnen activeren; toepassing en plaatsing staan in IEC 62046.
• Blanking - het uitschakelen van bepaalde stralen. Bij fixed blanking steekt een vast machinedeel door het veld; bij floating blanking mag een object van beperkte grootte bewegen. Blanking vergroot de effectieve resolutie, dus u moet de veiligheidsafstand met die grotere waarde berekenen.

Daarnaast kennen sommige persen PSDI (presence sensing device initiation), waarbij het vrijkomen van het lichtscherm de volgende cyclus start. Dit is alleen onder strikte voorwaarden uit de persnormen toegestaan.

🏭 Waar worden lichtschermen gebruikt?

Een deur voor onderhoud is geen lichtscherm-toepassing: daar hoort een afscherming met een vergrendelingsschakelaar volgens ISO 14119. Bij cobots, AGV’s en AMR’s worden vaker laserscanners gebruikt, die in IEC 61496-3 als AOPDDR zijn beschreven.

🛡️ Welke normen en wetten gelden?

Een lichtscherm met Type 4 levert niet vanzelf PL e op. Het eindresultaat hangt af van de hele keten: lichtscherm, logica en uitgangsdeel samen. In moderne installaties loopt die keten steeds vaker via een veilig netwerkprotocol zoals PROFIsafe of CIP Safety.

🔐 Hoe zorgt u in de praktijk voor een veilige installatie?

1. Begin bij de risicobeoordeling - bepaal welk lichaamsdeel het gevaar kan bereiken en welk PL of SIL nodig is.
2. Meet de stoptijd - gebruik een stoptijdmeter in de ongunstigste situatie (maximale snelheid en belasting) in plaats van alleen een cataloguswaarde.
3. Bereken en borg de afstand - leg S vast en voorkom dat iemand eromheen, eronder, erboven of erachter kan komen. Een persoon die achter het veld kan staan zonder gedetecteerd te worden, vraagt om extra bewaking.
4. Sluit tweekanaals aan - OSSD’s naar een veiligheidsrelais of safety-PLC, met EDM en herstartvergrendeling.
5. Valideer en test - controleer bij oplevering (SAT) met de teststaaf van de juiste diameter over het hele veld, en herhaal dit dagelijks of bij elke ploeg. Leg periodieke inspecties vast.
6. Voorkom manipulatie - afplakken, spiegels of overbruggen gebeurt vaak uit productiedruk. Signaleer muting- en overbruggingsstanden en beperk parameterwijzigingen met wachtwoorden.

In Nederland eist het Arbobesluit, de uitwerking van de Arbowet, dat beveiligingen niet eenvoudig te omzeilen zijn en dat arbeidsmiddelen veilig blijven. De werkgever neemt lichtschermen daarom op in de RI&E en het onderhoudsplan; bij een ongevalsonderzoek kan de Nederlandse Arbeidsinspectie ook naar de afstand en het testregime kijken. Na een wijziging aan de machine of de besturing hoort een nieuwe controle van stoptijd en afstand.

❓ Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen een lichtscherm en een lichtrooster?

Een lichtscherm heeft veel stralen dicht op elkaar en detecteert vingers of handen. Een lichtrooster heeft twee tot vier stralen op vaste hoogtes en detecteert alleen een heel lichaam dat een opening binnenloopt. Een lichtrooster is daarom geschikt voor toegangsbewaking op grotere afstand, niet om handen bij het gevaarpunt weg te houden.

Welk type lichtscherm heb ik nodig?

Het benodigde type volgt uit de risicobeoordeling en het vereiste Performance Level. Voor PL e is een Type 4-lichtscherm nodig; voor PL d volstaat formeel Type 3, maar in de praktijk kiezen de meeste ontwerpers ook dan Type 4. Type 2 is beperkt tot PL c en SIL 1. Bij persen en robotcellen wordt vrijwel altijd Type 4 gebruikt.

Hoe ver moet een lichtscherm van het gevaar staan?

De minimale afstand van een lichtscherm berekent u met ISO 13855 uit de benaderingssnelheid, de totale stoptijd en de resolutie. Een veelgebruikte formule is S = K × T + C, met K = 2000 mm/s voor een hand. Bij een stoptijd van 0,2 s en 14 mm resolutie komt dat uit op 400 mm.

Mag een lichtscherm een machine weer starten?

Na een onderbreking mag een lichtscherm een machine in principe niet zelf herstarten; een bewuste reset buiten de gevarenzone is nodig. Alleen bij bepaalde persen is PSDI toegestaan, waarbij het vrijkomen van het veld de volgende slag start. Daarvoor gelden strenge eisen aan resolutie, afstand en uitvoering van de pers.

Hoe vaak moet een lichtscherm worden getest?

Een lichtscherm hoort bij elke ingebruikname, na elke wijziging en periodiek te worden getest met een teststaaf van de opgegeven resolutie. Veel fabrikanten adviseren een dagelijkse of per-ploeg functietest door de operator en een uitgebreidere inspectie door een deskundige. De resultaten horen in het veiligheidsdossier.

Kan een lichtscherm worden gehackt of gemanipuleerd?

De meeste manipulatie is fysiek: afplakken, spiegels of het overbruggen van de OSSD-bedrading. Bij lichtschermen die via een netwerk of een safety-PLC worden geconfigureerd, kunnen ook muting-, blanking- of parameterinstellingen worden gewijzigd. Beperk die toegang met wachtwoorden en rollen en leg wijzigingen vast, zoals de Machineverordening vanaf 2027 eist.

📌 Samengevat

Een lichtscherm is een contactloze veiligheidsvoorziening die een machinebeweging stopt zodra een lichaamsdeel het infraroodveld onderbreekt, en is alleen veilig als type, resolutie, veiligheidsafstand en aansluiting kloppen. Kies het type volgens IEC 61496, bereken de afstand met ISO 13855, ontwerp de hele veiligheidsfunctie volgens ISO 13849-1 en test het lichtscherm structureel als onderdeel van veilige industriële automatisering en de CE-markering.