IEC TS 62998-32023 机械安全.人身保护用安全相关传感器.第3部分传感器技术和算法标准立项发展报告

机械安全人身保护用安全相关传感器第3部分：传感器技术和算法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Safetyofmachinery-Safety-relatedsensorsusedfortheprotectionofpersons-Part3:Sensortechnologiesandalgorithms摘要随着工业自动化和智能制造的快速发展，机械安全防护技术正经历从传统机械防护装置向智能化、数字化安全系统的深刻变革。人身保护用安全相关传感器作为工业机器人、自动化生产线等机械设备安全防护体系中的核心组件，其技术性能与可靠性直接关系到操作人员的生命安全。国际电工委员会（IEC）于2023年8月25日正式发布IECTS62998-3:2023《机械安全人身保护用安全相关传感器第3部分：传感器技术和算法》，该技术规范作为IEC62998系列标准的重要组成部分，系统性地规定了安全相关传感器所采用的关键技术类型及其算法要求，填补了该领域在传感器技术和算法层面的国际标准空白。本报告对该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容及应用前景进行系统阐述。报告指出，该标准的发布标志着安全相关传感器标准化工作从“功能要求”向“技术实现”的纵深推进，对于统一行业技术认知、引导产品研发方向、促进国际间技术互认具有里程碑意义。未来，随着人工智能、机器学习等前沿技术在安全传感器领域的深度应用，IEC62998系列标准将持续演进，为机械安全技术的发展提供更加完善的标准支撑。关键词：机械安全；安全相关传感器；传感器技术；算法；IEC62998；功能安全；人身保护Keywords:MachinerySafety;Safety-relatedSensors;SensorTechnologies;Algorithms;IEC62998;FunctionalSafety;ProtectionofPersons一、引言1.1研究背景在现代工业生产中，机械设备的自动化程度和运行速度不断提高，人与机械的协同作业日益频繁，由此带来的安全风险也日趋复杂。据国际劳工组织（ILO）统计，全球每年因工伤事故造成的死亡人数约200万人，其中相当比例的事故与机械设备的安全防护措施不足或失效有关。安全相关传感器（Safety-relatedSensors）作为实现机械设备人身安全保护的关键技术手段，广泛应用于安全光幕、安全激光扫描仪、安全雷达、安全视觉系统等各类安全防护产品中，其功能是在检测到人员进入危险区域或处于危险状态时，及时向控制系统发出停机或减速信号，从而避免伤害事故的发生。传统的安全传感器标准化工作主要关注传感器的性能等级（PL）、安全完整性等级（SIL）等宏观功能安全指标，但对于传感器内部所采用的具体技术类型和算法实现方式，长期缺乏统一的国际标准规范。这导致不同制造商的安全传感器产品在技术路线、性能特性以及适用场景上存在显著差异，给设备集成商和最终用户的选择与使用带来了困扰。1.2标准立项意义IECTS62998-3:2023正是在上述背景下应运而生。该标准是IEC62998《机械安全人身保护用安全相关传感器》系列标准的第3部分，聚焦于传感器技术和算法这一核心技术层面。它通过对当前主流传感器技术进行分类梳理，并对其关键算法提出规范性要求，旨在为安全传感器的设计、开发、测试和应用提供统一的技术框架。本标准的发布，不仅有助于提升安全传感器产品的可靠性、安全性和互操作性，更对推动全球机械安全技术的协同发展具有深远的战略意义。二、标准编制背景与过程2.1国际标准化环境国际电工委员会（IEC）成立于1906年，是制定发布电工电子领域国际标准的权威组织。在机械安全标准化领域，IEC下设多个技术委员会（TC），其中IEC/TC44（机械安全——电气方面）和IEC/TC44/WG6（安全相关传感器工作组）是负责安全传感器标准制修订的核心技术组织。近年来，随着光电传感技术、雷达技术、机器视觉技术的快速发展，安全传感器领域的技术创新异常活跃，相关标准的需求日益迫切。2.2标准编制历程IECTS62998-3的编制工作历时多年，经历了多次国际研讨、草案修订和技术评审。标准编制过程中，来自德国、日本、美国、中国等主要工业国家的标准化专家积极参与，围绕传感器分类框架、算法验证方法、性能评估指标等核心议题进行了深入研讨。经过反复论证和修改完善，该标准最终于2023年8月25日正式发布。2.3与其他标准的关系IECTS62998-3在IEC62998系列标准中处于承上启下的位置。该系列标准包括：-IECTS62998-1:2019：主要规定安全相关传感器的通用设计原则、性能要求和测试方法，是系列标准的基础性文件；-IECTS62998-2:2021：聚焦于传感器的安全验证和确认程序，明确了型式试验和例行试验的详细要求；-IECTS62998-3:2023：深入到传感器内部的技术实现层面，系统规范了各类传感器技术及其算法的要求。上述三个部分相互衔接、层层递进，共同构成了一套完整的安全相关传感器技术标准体系。此外，该标准与ISO13849（机械安全控制系统安全相关部件）和IEC61508（电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全）等基础功能安全标准保持协调一致，确保其在安全完整性等级评估框架下的兼容性和一致性。三、标准核心技术内容3.1传感器技术分类体系IECTS62998-3:2023建立了一套系统的安全相关传感器技术分类体系，将当前主流的安全传感器技术按照工作原理和探测特性进行了科学归类。主要包括以下几个大类：（一）光电类传感器技术光电传感器是当前安全防护领域应用最为广泛的技术类型。根据探测方式的不同，可细分为安全光幕（SafetyLightCurtain）、安全激光扫描仪（SafetyLaserScanner）、安全光电接近开关等子类型。安全光幕通过发射器和接收器之间的红外光束阵列形成检测区域，当光束被遮挡时触发安全信号；安全激光扫描仪则通过旋转镜面产生扇形扫描平面，实现对危险区域周界的实时监测。该标准对光电传感器的探测距离、角度分辨率、环境光抗扰度等关键参数提出了明确要求。（二）雷达类传感器技术毫米波雷达和超宽带（UWB）雷达技术在安全传感器领域的应用近年来快速增长。雷达类传感器具有穿透能力强、不受光照条件影响、可检测运动目标等独特优势，特别适用于室外环境或存在粉尘、烟雾等复杂工况下的安全防护场景。标准对雷达传感器的工作频段、发射功率、目标检测能力、多目标跟踪性能等提出了规范性要求。（三）视觉类传感器技术基于机器视觉的安全传感器技术是近年来发展最为迅速的方向之一。通过单目或双目摄像头采集环境图像信息，结合先进的图像处理和模式识别算法，实现人员检测、距离估计和危险区域监控等功能。该类传感器在3D区域保护、动态危险评估等场景中展现出独特的技术优势。标准针对视觉传感器的分辨率、帧率、动态范围、检测算法可靠性等关键性能指标给出了基本要求。（四）声学类传感器技术声学传感器（如超声波传感器）通过发射和接收声波信号来检测物体存在和距离。在特定应用场景下，声学传感器可作为其他传感器的有效补充。标准对这一类技术的适用条件和限制性因素进行了说明。（五）多传感器融合技术随着安全防护需求的日益复杂化，单一传感技术往往难以满足全面的安全检测要求。该标准专门针对多传感器融合技术进行了规范，包括异类传感器的数据融合架构、融合算法在安全评估中的处理策略以及融合系统的整体安全性能评估方法。3.2传感器算法要求在算法层面，IECTS62998-3:2023着重对以下几类关键算法提出了规范性要求：（一）目标检测算法安全传感器必须能够可靠地检测到进入保护区域的人员或其他物体，且需满足规定的检测概率和响应时间要求。标准对目标检测算法的准确率、召回率、误报率等指标提出了量化界限值，并规定了测试验证方法。特别是在人形目标检测方面，标准要求算法应基于真实人体特征模型进行检测，并覆盖站立、行走、蹲伏、躺卧等多种人体姿态，确保检测模型不局限于单一姿态而影响实际保护效果，从而最大限度避免漏检风险。（二）距离测量算法对于安全激光扫描仪、雷达等基于距离测量的传感器技术，标准对距离测量算法的精度和系统误差限值提出了明确要求。在额定的测量范围内，距离测量的最大允许误差应符合相应的性能等级要求；在环境温度变化、目标反射率变化等不利条件下，距离测量误差应控制在安全分析所允许的范围之内，确保安全距离计算的准确性。（三）目标分类与识别算法当安全传感器需要对检测目标进行分类（如区分人员与物料、叉车等非人员目标）时，其分类算法必须经过严格的验证和确认。分类错误概率必须控制在可接受的安全范围内。标准同时要求，若分类算法采用了机器学习等数据驱动的方法，其训练数据集应具有充分的代表性，且需包含足够多样化的个体特征（如不同身高、体型、着装的人员）和姿态变化，以确保模型的泛化能力和实际应用的可靠性。（四）环境适应性算法安全传感器在实际应用中面临复杂多变的现场环境条件，包括环境光干扰、雨雪雾天气影响、电磁干扰、粉尘污染等。标准要求传感器算法应具备必要的环境适应能力，并通过相应的环境适应性测试来验证算法在恶劣条件下的性能保持能力。（五）自诊断与降级算法安全传感器的自诊断能力是保证其安全功能可靠性的重要手段。标准对自诊断算法提出了明确要求，包括对传感器硬件故障的实时诊断、对检测性能退化（如光学窗口污染、探测距离缩短等）的在线监测，以及诊断结果的可视化提示。在系统发生故障时，传感器应能按照预设的安全状态输出信号，确保设备进入安全状态。3.3性能评估与验证要求四、主要参与单位介绍在IECTS62998-3:2023的编制过程中，来自全球的多家知名企业和标准化机构发挥了重要作用，其中德国SICKAG（西克股份公司）是核心贡献单位之一。SICKAG成立于1946年，总部位于德国巴登-符腾堡州的瓦尔德基尔希，是全球领先的工业传感器和传感器解决方案供应商。公司在安全传感器领域拥有数十年的技术积累和丰富经验，其产品线涵盖安全光幕、安全激光扫描仪、安全编码器、安全视觉系统等多个系列，广泛应用于汽车制造、物流仓储、包装机械、食品饮料等行业的机械安全防护场景。SICKAG不仅是IEC/TC44/WG6安全相关传感器工作组的积极成员，更深度参与了IEC62998系列全部三个部分标准的起草和编制工作。作为安全传感器领域的技术领军企业，SICKAG在安全激光扫描仪技术方面拥有大量核心专利和专有技术。公司在安全传感器算法研究、功能安全评估方法开发以及安全验证测试手段构建等方面拥有国际领先的技术实力。在IECTS62998-3的编制过程中，SICKAG的专家团队在传感器技术分类框架的构建、距离测量算法性能指标的确定、环境适应性测试方法的设计等方面做出了重要贡献，为标准的科学性和实用性提供了坚实的技术支撑。五、标准实施价值与前景5.1对行业的技术引领价值IECTS62998-3:2023的发布，为安全传感器行业提供了系统性的技术指引。首先，标准明确了各类传感器技术的核心性能指标和测试方法，有助于统一行业技术水平基准，引导制造商在产品设计中进行科学合理的技术选型。其次，标准对传感器算法的规范性要求，将促进安全传感器算法从“黑箱”走向“透明”，有利于安全评估机构和认证机构对产品进行有效审查。第三，多传感器融合技术要求的提出，将鼓励行业探索更加先进的安全检测技术路线，提升安全防护系统的整体智能化水平。5.2对国际贸易与市场的影响作为国际电工委员会发布的技术规范，IECTS62998-3:2023将成为全球范围内安全传感器贸易和认证的重要参考依据。各主要经济体在制定本国机械安全法规和标准时，将越来越倾向于采用国际标准，从而减少技术性贸易壁垒，促进安全传感器产品在全球范围内的自由流通。5.3对未来技术发展的前瞻随着人工智能和机器学习技术的迅速发展，安全传感器正在向更高智能化水平迈进。IECTS62998-3:2023的发布为这些新技术在安全传感器领域的应用提供了基本的规范框架，但同时也面临着持续更新的挑战。如何在保障安全性能的前提下充分发挥人工智能技术的优势，如何建立适应机器学习算法特点的验证评估方法，将是下一阶段标准制修订工作的重要方向。展望未来，IEC62998系列标准体系还将进一步完善，可预见的发展方向包括：针对特定行业应用（如协作机器人、自动驾驶工业车辆）的安全传感器专用标准、适应人工智能技术特点的安全传感器算法评估指南、面向网络安全威胁的安全传感器防护标准等。这些标准的陆续出台，将为全球机械安全技术的发展提供更加全面、完善的标准供给。六、结论IECTS62998-3:2023《机械安全人身保护用安全相关传感器第3部分：传感器技术和算法》作为国际安全传感器标准化领域的一项重要技术规范，首次在国际层面对安全传感器的技术类型和算法实现进行了系统性规范，弥补了IEC62998系列标准在技术实现层面的缺失环节。该标准构建了涵盖光电、雷达、视觉、声学及多传感器融合的技术分类体系，并对目标检测、距离测量、目标分类、环境适应和自诊断等核心算法提出了明确的技术要求和性能指标。该标准的发布实施，对于提升全球安全传感器产品的技术水平和安全性、促进国际贸易便利化、引导行业技术创新方向具有重要意义。标准所确立的系统化技术框架和算法验证方法论，为安全传感器技术的持续发展奠定了坚实基础。随着智能制造的深入推进和AI技术的广泛应用，安全传感器技术面临新的机遇和挑战，IEC62998系列标准的持续演进和完善将为全球机械安全事业提供坚实的技术保障。参考文献[1]IECTS62998-3:2023,Safetyofmachinery-Safety-relatedsensorsused