在工业自动化系统中，光电检测技术是实现智能化、高效率与本质安全的核心支撑。其中，测量光栅（Measurement Light Grid）与安全光幕（Safety Light Curtain）作为两类广泛应用的光电传感装置，常被部署在同一生产线上，协同完成检测与防护任务。尽管二者在外观上极为相似——均由发射器和接收器构成，通过红外光束形成“光栅”区域——但其技术原理、设计标准与系统集成方式存在本质差异。深入理解这些差异，并制定科学的集成方案，是确保自动化系统高效、安全运行的关键。
一、技术差异：功能定位决定设计逻辑
1. 核心功能不同
- 测量光栅：专注于非接触式尺寸测量与位置识别。通过高密度光束阵列实时捕捉物体轮廓，计算其高度、宽度、厚度或通过数量，输出精确的测量数据。
- 安全光幕：专用于人员安全防护。在危险机械区域（如冲压机、机器人工作区）建立保护屏障，一旦检测到人体侵入，立即触发急停信号，强制设备停机。
本质区别：测量光栅是“信息采集设备”，安全光幕是“安全执行装置”。
2. 技术标准与安全等级
- 测量光栅：遵循通用工业标准，无强制安全认证要求。其设计重点在于分辨率、响应速度与测量精度，通常不具备功能安全等级（如SIL、PL）。
- 安全光幕：必须符合国际功能安全标准，如IEC 61496、ISO 13849-1、IEC 62061等，并通过TÜV、UL、CE等安全认证。其安全等级通常为Type 4 / SIL 3 / PL e，具备冗余设计、自诊断功能和双通道输出（OSSD），确保单点故障下仍能安全停机。
3. 关键性能参数对比
| 参数 | 测量光栅 | 安全光幕 |
|---|---|---|
| 分辨率 | 1mm、2mm（高精度） | 14mm、20mm、30mm（满足安全距离） |
| 响应时间 | ≤5ms（高速采样） | ≤10~20ms（满足安全停机时间） |
| 输出信号 | 模拟量（4-20mA）、RS485、Ethernet、PNP/NPN | 安全输出（OSSD），双通道晶体管 |
| 自检功能 | 基础状态指示 | 实时自诊断，故障自动报警 |
| 控制回路 | 普通PLC输入 | 必须接入安全PLC或安全继电器 |
说明：安全光幕的光束间距并非越小越好，需根据ISO 13855标准计算安全距离后确定。
二、集成方案：协同工作，提升系统智能化
在复杂自动化系统中，测量光栅与安全光幕往往需要协同工作，实现“安全防护”与“智能检测”的融合。以下是几种典型集成方案：
方案一：独立运行，逻辑互锁
- 应用场景：自动化分拣线、机器人上下料站
- 集成方式：
- 测量光栅负责检测工件尺寸与位置，数据上传至PLC或上位机用于分类或引导。
- 安全光幕独立接入安全控制回路，一旦被遮挡，立即切断设备动力源。
- 通过PLC程序实现逻辑互锁：仅当安全光幕处于“安全状态”时，测量系统才允许启动；反之，测量异常可报警但不强制停机（除非涉及安全）。
方案二：区域屏蔽与消隐协同
- 应用场景：机器人工作站、自动装配线
- 集成方式：
- 安全光幕配置区域屏蔽（Muting）功能，允许机器人机械臂在特定时段穿过光幕而不触发停机。
- 测量光栅用于检测工件是否到位，其信号作为“屏蔽使能”条件之一。
- 逻辑控制：仅当测量光栅确认工件已就位，且安全控制系统授权后，才允许屏蔽功能激活，实现“测量触发、安全护航”的智能协作。
方案三：多区域分层防护
- 应用场景：大型冲压生产线、立体仓库
- 集成方式：
- 外层部署安全光幕，形成人员禁入区，实现一级安全防护。
- 内层布置测量光栅，用于监控物料流动、堆叠高度或产品尺寸。
- 系统分层管理：安全层优先级最高，任何安全事件立即中断所有测量与生产流程。
三、集成设计要点
- 信号隔离：安全光幕的OSSD输出必须与测量信号物理隔离，防止干扰导致误动作。
- 时间同步：在协同控制中，确保测量数据采集与安全状态判断的时序一致性。
- 安装布局：避免光束交叉干扰，合理规划安装角度与距离，必要时加装防护罩。
- 系统诊断：采用支持PROFIsafe、CIP Safety等协议的设备，实现远程监控与故障预警。
- 合规性审查：集成方案需通过风险评估（如EN ISO 12100），确保符合机械安全指令。
