IEC 61496系列人体存在检测标准简介

虽然3D ToF相机在机器人、协作机器人和机器人的非安全应用中有很多用途，例如用于箱体尺寸测量，但它们对于安全也非常有用，尤其是对于实施SSM（速度和分离监控）。传统上，SSM是使用激光扫描仪实现的，激光扫描仪的相关功能安全标准在国际共识标准IEC 61496-3中给出。然而，自2018年以来，IEC 61496-3还包括3D ToF，为我们打开了机器人和mobot安全系统中这项新的有趣技术的可能性。在以后的博客中，我将介绍3D ToF系统的功能安全，但今天我将重点介绍IEC 61496系列标准，该标准由IEC TC 44开发，该标准也负责IEC 62061机器安全标准。

IEC 61496 系列是一个涵盖 ESPE（电敏防护设备）的多部分标准。具体来说，这种传感器用于人体存在检测，而不是检测物体。IEC 61496 系列的部件包括

IEC 61496-1 – 涵盖所有 ESPE 的通用要求，并于 2020 年进行了修订

IEC 61496-2 – 涵盖 AOPD（有源光电保护器件 - 光幕）

IEC 61496-3 – 涵盖 AOPDDR（响应漫反射的有源光电保护装置，例如激光扫描仪）

IEC TS 61496-4-2 – 涵盖参考图案技术 – 投射光线图案并检查现场失真以检测是否有人在场

IEC TS 61496-4 -3 – 涵盖立体摄像机

IEC 61496-5 – 开发中，涵盖雷达设备

IEC TS 61496涵盖了IEC 62046系列的应用。

据我所知，只有第 1 部分是统一的欧盟标准，但从此处提供的列表中，自 2020 年以来可能更长。

参考IEC 61496人体存在检测要求的标准包括：

ISO 3691-4 工业卡车（见 4.1.10）

ANSI R15.08 – 工业移动机器人标准（见5.1.8）

ISO 10218-2 – 工业机器人安全标准（见5.10.5.1）

ISO 12100 – 机械基本安全标准（多个参考）

ISO 13482 - 服务机器人标准（见6.5.2）

通常，IEC 61496 系列的标注如下所示。

图2 - 摘自ISO 10218-2：2011 5.10.5.1

像所有标准一样，IEC 61496系列中的一些东西我喜欢，也有一些我不喜欢的东西。让我们从一些我不喜欢的事情开始。

首先，它包括“类型”的概念。符合此标准的传感器可以是 1 型、2 型、3 型或 4 型，更高的类型对应于更高的安全级别。虽然类型包括系统功能的某些方面，但它们还包括性能和容错要求。

该标准规定了哪种类型适用于给定 SIL 或 PL 的安全功能，以及相反，ESPE 控制系统设计所需的 SIL 或 PL。

例如，如果您正在实施 SIL 2 和/或 PL d 安全功能，IEC 2 的表 61496 会告诉您需要一个 3 类安全传感器。类型 2 对于 SIL 1 来说已经足够了，对于 SIL 4/PL e 来说，您需要类型 3。相反，如果您正在构建 3 类人体存在传感器，IEC 1 的表 61496 告诉您，您的控制系统需要开发为 SIL 1/PL c（类型 1）、SIL 2/PL d （类型 2）如下所示。然而，正如我们稍后将看到的，严格的容错要求意味着PL d必须至少使用CAT 3架构来实现。

图 3 根据 IEC 61496-1 表 1 的类型和所需的安全性能

并非每种类型的传感器都可用于每种类型。因此，符合IEC 61496-3标准的传感器只能提供3型，这意味着它们只能使用到PL d，SIL 2。如果您的风险评估表明您需要PL e，SIL 3，那么如果您需要根据IEC 4系列实施安全性，则需要61496型光幕。

类型的使用似乎没有必要，标准不能只使用 SIL 或 PL。我们已经有足够的术语了。

但是，我更大的反对意见是每种类型还带有容错要求。措辞与ISO 13849中的类别描述非常相似，但差异很大，很麻烦。

图 4 - IEC 62046 中按类型划分的容错要求

以下是 ISO 3 中类型 3 描述和 CAT 13849 描述的比较。我邀请你进行比较和对比，并得出你自己的结论。对我来说，它实际上是在坚持ISO 13849类别，而大多数其他标准都将其视为设计限制。事实上，类型 3 描述中的最后一行似乎更像是 CAT 4 而不是 CAT 3。

图 5 - 将类型 3 与 CAT 3 进行比较

转到我喜欢的IEC 61496系列中的东西。IEC 61496系列的优点之一是，它为您提供了所选传感器的性能测试列表。

图 6 - IEC 1-61496 表 3 的摘录

上面的摘录表明，必须使用黑色试件、白色试件和镜反射试件以及必须进行测试的位置进行测试。IEC 61496中规定的其他测试包括背景干扰测试，多路径反射测试，光干涉测试。此测试列表看起来很全面，并提供了一种比较传感器并确保传感器满足最低功能的好方法。

更仔细地观察IEC 61496-3 - 它的范围仅包括室内使用，并且仅限于使用820nm至950nm范围内的辐射的传感器，这很有趣，因为我相信许多汽车传感器都在1400nm左右。其黑色试件被指定为1.8%的漫反射系数。该值可以追溯到IEC 61496-3的根源，即涵盖仅在单个平面上测量的激光扫描仪。在单个平面上测量时，您可能需要处理黑色惠灵顿靴子、黑色灯芯绒裤子或黑色鞋子。激光扫描仪可能看不到人的其他部位。此值对于具有全身检测功能的 3D ToF 相机没有帮助，FOV（视野）在两个维度上通常都超过 100 度。不太可能有人在您的工厂车间里穿着一身黑衣，他们设法保留了所有灰尘和其他更高反射率的污染物。ISO 3691-4等其他标准允许使用5%的漫反射系数进行全身检测，这对于3D ToF来说似乎更合理。

如果IEC 61496的某个部分没有涵盖您的技术，或者您需要做一些超出IEC 61496-3范围的事情（例如户外使用），那么新开发的IEC 62998系列提供了使用IEC 61496系列的替代途径，我将尝试在以后的博客中介绍IEC 62998系列。

审核编辑“郭婷