IEC 61496系列人體存在檢測標(biāo)準(zhǔn)簡介

雖然3D ToF相機(jī)在機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人和機(jī)器人的非安全應(yīng)用中有很多用途，例如用于箱體尺寸測量，但它們對于安全也非常有用，尤其是對于實(shí)施SSM（速度和分離監(jiān)控）。傳統(tǒng)上，SSM是使用激光掃描儀實(shí)現(xiàn)的，激光掃描儀的相關(guān)功能安全標(biāo)準(zhǔn)在國際共識標(biāo)準(zhǔn)IEC 61496-3中給出。然而，自2018年以來，IEC 61496-3還包括3D ToF，為我們打開了機(jī)器人和mobot安全系統(tǒng)中這項(xiàng)新的有趣技術(shù)的可能性。在以后的博客中，我將介紹3D ToF系統(tǒng)的功能安全，但今天我將重點(diǎn)介紹IEC 61496系列標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由IEC TC 44開發(fā)，該標(biāo)準(zhǔn)也負(fù)責(zé)IEC 62061機(jī)器安全標(biāo)準(zhǔn)。

IEC 61496 系列是一個(gè)涵蓋 ESPE（電敏防護(hù)設(shè)備）的多部分標(biāo)準(zhǔn)。具體來說，這種傳感器用于人體存在檢測，而不是檢測物體。IEC 61496 系列的部件包括

IEC 61496-1 – 涵蓋所有 ESPE 的通用要求，并于 2020 年進(jìn)行了修訂

IEC 61496-2 – 涵蓋 AOPD（有源光電保護(hù)器件 - 光幕）

IEC 61496-3 – 涵蓋 AOPDDR（響應(yīng)漫反射的有源光電保護(hù)裝置，例如激光掃描儀）

IEC TS 61496-4-2 – 涵蓋參考圖案技術(shù) – 投射光線圖案并檢查現(xiàn)場失真以檢測是否有人在場

IEC TS 61496-4 -3 – 涵蓋立體攝像機(jī)

IEC 61496-5 – 開發(fā)中，涵蓋雷達(dá)設(shè)備

IEC TS 61496涵蓋了IEC 62046系列的應(yīng)用。

據(jù)我所知，只有第 1 部分是統(tǒng)一的歐盟標(biāo)準(zhǔn)，但從此處提供的列表中，自 2020 年以來可能更長。

參考IEC 61496人體存在檢測要求的標(biāo)準(zhǔn)包括：

ISO 3691-4 工業(yè)卡車（見 4.1.10）

ANSI R15.08 – 工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)（見5.1.8）

ISO 10218-2 – 工業(yè)機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)（見5.10.5.1）

ISO 12100 – 機(jī)械基本安全標(biāo)準(zhǔn)（多個(gè)參考）

ISO 13482 - 服務(wù)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)（見6.5.2）

通常，IEC 61496 系列的標(biāo)注如下所示。

圖2 - 摘自ISO 10218-2：2011 5.10.5.1

像所有標(biāo)準(zhǔn)一樣，IEC 61496系列中的一些東西我喜歡，也有一些我不喜歡的東西。讓我們從一些我不喜歡的事情開始。

首先，它包括“類型”的概念。符合此標(biāo)準(zhǔn)的傳感器可以是 1 型、2 型、3 型或 4 型，更高的類型對應(yīng)于更高的安全級別。雖然類型包括系統(tǒng)功能的某些方面，但它們還包括性能和容錯(cuò)要求。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了哪種類型適用于給定 SIL 或 PL 的安全功能，以及相反，ESPE 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的 SIL 或 PL。

例如，如果您正在實(shí)施 SIL 2 和/或 PL d 安全功能，IEC 2 的表 61496 會(huì)告訴您需要一個(gè) 3 類安全傳感器。類型 2 對于 SIL 1 來說已經(jīng)足夠了，對于 SIL 4/PL e 來說，您需要類型 3。相反，如果您正在構(gòu)建 3 類人體存在傳感器，IEC 1 的表 61496 告訴您，您的控制系統(tǒng)需要開發(fā)為 SIL 1/PL c（類型 1）、SIL 2/PL d （類型 2）如下所示。然而，正如我們稍后將看到的，嚴(yán)格的容錯(cuò)要求意味著PL d必須至少使用CAT 3架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

圖 3 根據(jù) IEC 61496-1 表 1 的類型和所需的安全性能

并非每種類型的傳感器都可用于每種類型。因此，符合IEC 61496-3標(biāo)準(zhǔn)的傳感器只能提供3型，這意味著它們只能使用到PL d，SIL 2。如果您的風(fēng)險(xiǎn)評估表明您需要PL e，SIL 3，那么如果您需要根據(jù)IEC 4系列實(shí)施安全性，則需要61496型光幕。

類型的使用似乎沒有必要，標(biāo)準(zhǔn)不能只使用 SIL 或 PL。我們已經(jīng)有足夠的術(shù)語了。

但是，我更大的反對意見是每種類型還帶有容錯(cuò)要求。措辭與ISO 13849中的類別描述非常相似，但差異很大，很麻煩。

圖 4 - IEC 62046 中按類型劃分的容錯(cuò)要求

以下是 ISO 3 中類型 3 描述和 CAT 13849 描述的比較。我邀請你進(jìn)行比較和對比，并得出你自己的結(jié)論。對我來說，它實(shí)際上是在堅(jiān)持ISO 13849類別，而大多數(shù)其他標(biāo)準(zhǔn)都將其視為設(shè)計(jì)限制。事實(shí)上，類型 3 描述中的最后一行似乎更像是 CAT 4 而不是 CAT 3。

圖 5 - 將類型 3 與 CAT 3 進(jìn)行比較

轉(zhuǎn)到我喜歡的IEC 61496系列中的東西。IEC 61496系列的優(yōu)點(diǎn)之一是，它為您提供了所選傳感器的性能測試列表。

圖 6 - IEC 1-61496 表 3 的摘錄

上面的摘錄表明，必須使用黑色試件、白色試件和鏡反射試件以及必須進(jìn)行測試的位置進(jìn)行測試。IEC 61496中規(guī)定的其他測試包括背景干擾測試，多路徑反射測試，光干涉測試。此測試列表看起來很全面，并提供了一種比較傳感器并確保傳感器滿足最低功能的好方法。

更仔細(xì)地觀察IEC 61496-3 - 它的范圍僅包括室內(nèi)使用，并且僅限于使用820nm至950nm范圍內(nèi)的輻射的傳感器，這很有趣，因?yàn)槲蚁嘈旁S多汽車傳感器都在1400nm左右。其黑色試件被指定為1.8%的漫反射系數(shù)。該值可以追溯到IEC 61496-3的根源，即涵蓋僅在單個(gè)平面上測量的激光掃描儀。在單個(gè)平面上測量時(shí)，您可能需要處理黑色惠靈頓靴子、黑色燈芯絨褲子或黑色鞋子。激光掃描儀可能看不到人的其他部位。此值對于具有全身檢測功能的 3D ToF 相機(jī)沒有幫助，F(xiàn)OV（視野）在兩個(gè)維度上通常都超過 100 度。不太可能有人在您的工廠車間里穿著一身黑衣，他們設(shè)法保留了所有灰塵和其他更高反射率的污染物。ISO 3691-4等其他標(biāo)準(zhǔn)允許使用5%的漫反射系數(shù)進(jìn)行全身檢測，這對于3D ToF來說似乎更合理。

如果IEC 61496的某個(gè)部分沒有涵蓋您的技術(shù)，或者您需要做一些超出IEC 61496-3范圍的事情（例如戶外使用），那么新開發(fā)的IEC 62998系列提供了使用IEC 61496系列的替代途徑，我將嘗試在以后的博客中介紹IEC 62998系列。

審核編輯“郭婷