IEC TS 61496-4-32022 RLV 机械安全.电敏感防护设备.第4-3部分使用基于视觉的防护装置（VBPD）的设备的特殊要求.使用立体视觉技术（VBPDST）的附加要求标准立项发展报告

机械安全电敏感防护设备第4-3部分：使用立体视觉技术（VBPDST）的附加要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Safetyofmachinery-Electro-sensitiveprotectiveequipment-Part4-3:Particularrequirementsforequipmentusingvisionbasedprotectivedevices(VBPD)-Additionalrequirementswhenusingstereovisiontechniques(VBPDST)摘要随着工业自动化与智能制造技术的迅猛发展，机械安全防护领域对高精度、高可靠性安全检测设备的需求日益迫切。基于视觉的防护装置（VBPD）作为电敏感防护设备（ESPE）的重要分支，凭借其非接触、大范围、高灵活性的检测能力，在现代工业生产中得到了广泛应用。其中，立体视觉技术（VBPDST）通过多目视觉感知与三维空间重建，能够显著提升危险区域识别的准确性与响应速度，成为机械安全领域的关键前沿方向。然而，立体视觉技术的引入也带来了新的功能安全挑战，如深度计算误差、图像处理延迟、环境干扰敏感性等，亟需制定专项的国际标准加以规范。本标准立项发展报告以国际电工委员会（IEC）发布的IECTS61496-4-3:2022RLV为核心对象，系统阐述了该标准的立项背景、技术内容、主要修订要点及其对全球机械安全标准化体系的重要影响。报告指出，该标准作为IEC61496系列标准的第四部分第三子部分，首次针对立体视觉技术在安全防护设备中的应用提出了完整的技术要求与试验验证方法，填补了国际标准在该领域的空白。标准的发布实施，对于推动立体视觉安全防护技术的规范化应用、促进全球机械安全水平的整体提升具有重要的里程碑意义。关键词：机械安全；电敏感防护设备；基于视觉的防护装置；立体视觉技术；功能安全；国际标准Keywords:Machinerysafety;Electro-sensitiveprotectiveequipment;Visionbasedprotectivedevices(VBPD);Stereovisiontechniques;Functionalsafety;Internationalstandard1.引言1.1研究背景机械安全是工业生产的基本前提，也是国际标准化组织长期关注的核心领域。随着工业机器人、自动化生产线和无人化车间的普及，人与机器共处同一空间作业的场景日益增多，这对安全防护设备提出了更高要求。传统的光幕、安全激光扫描仪等电敏感防护设备虽然在众多应用场合中表现良好，但其检测范围有限、安装灵活性不足，难以满足复杂工况下的安全防护需求。基于视觉的防护装置（VisionBasedProtectiveDevices,VBPD）利用图像传感器获取监控区域的二维图像，通过图像处理算法识别人员或物体进入危险区域的情况，从而实现安全防护功能。相较于传统防护装置，VBPD具有检测区域可灵活配置、可识别复杂场景、信息丰富度高等显著优势。而立体视觉技术（StereoVisionTechniques）的引入，使VBPD能够通过多目相机的视差计算恢复场景的三维信息，从而更精确地判断人员位置、距离和运动趋势，有效降低了二维视觉检测中普遍存在的误报与漏报问题。1.2标准立项的必要性尽管立体视觉技术在安全防护领域的应用前景广阔，但其技术特性也带来了全新的安全考量。二维图像中难以克服的光照变化、遮挡、反射等问题，在三维重建过程中可能被进一步放大；深度计算的精度直接关系到安全距离判断的可靠性；图像处理算法的复杂性和计算延迟则对系统的实时响应能力提出了更高要求。此外，立体视觉系统涉及多传感器协同、标定、同步等技术环节，任何一个环节的失效都可能影响整体安全性能。在此背景下，IEC/TC44（机械安全——电工技术委员会）基于IEC61496系列标准的既有框架，启动了针对立体视觉技术应用场景的专项标准制定工作，旨在为采用立体视觉技术的VBPD设备（简称VBPDST）提供统一的技术要求和试验方法，确保其安全性能达到可接受的水平。2.标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IECTS61496-4-3:2022RLV||标准名称|机械安全电敏感防护设备第4-3部分：使用基于视觉的防护装置（VBPD）的设备的特殊要求使用立体视觉技术（VBPDST）的附加要求||英文名称|Safetyofmachinery-Electro-sensitiveprotectiveequipment-Part4-3:Particularrequirementsforequipmentusingvisionbasedprotectivedevices(VBPD)-Additionalrequirementswhenusingstereovisiontechniques(VBPDST)||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||发布日期|2022年9月28日||国别|国际组织||语言|英语||标准类型|技术规范（TechnicalSpecification,TS）||版本类型|RLV（RedlineVersion，红线版本，标注了与前一版本的差异）|2.2标准体系定位IECTS61496-4-3:2022RLV隶属于IEC61496《机械安全电敏感防护设备》系列标准，是该系列标准的重要组成部分。IEC61496系列标准的结构如下：-IEC61496-1：通用要求与试验（Generalrequirementsandtests）-IEC61496-2：使用有源光电保护装置（AOPD）设备的特殊要求-IEC61496-3：使用有源光电保护装置漫反射（AOPDDR）设备的特殊要求-IEC61496-4-1：使用基于视觉的防护装置（VBPD）设备的特殊要求（不含内建自检）-IECTS61496-4-2：使用基于视觉的防护装置（VBPD）设备的特殊要求（含内建自检）-IECTS61496-4-3：使用基于视觉的防护装置（VBPD）设备的特殊要求（使用立体视觉技术的附加要求）由此可见，IECTS61496-4-3是在IEC61496-4-1和IECTS61496-4-2的基础上，针对立体视觉这一特定技术路线提出的附加要求，体现了IEC在机械安全标准化方面的系统性和前瞻性。3.标准主要技术内容3.1适用范围与对象IECTS61496-4-3:2022RLV规定了采用立体视觉技术实现安全防护功能的基于视觉的防护装置（VBPDST）的特殊要求。该标准适用于以下类型的设备：-使用两台或多台图像传感器（摄像机）获取监控区域同步图像的系统；-通过视差计算和三维重建算法进行人员检测和危险区域监控的系统；-应用于机械危险区域防护、人员接近检测、安全距离保持等场景的防护设备。标准所涉及的设备典型应用包括但不限于：工业机器人工作站的安全防护、自动化装配线的人员检测、物料搬运设备（AGV/AMR）的安全避障、大型加工设备（冲压机、剪板机等）的危险区防护等。3.2关键技术要求3.2.1安全功能要求标准要求VBPDST设备应实现以下基本安全功能：-危险区域侵入检测：能够可靠地检测人员身体或身体部位进入预设危险区域的情况，并输出安全停止信号；-安全距离保持：基于立体视觉提供的三维空间信息，实时计算人员与危险源之间的距离，确保在安全距离内及时触发保护动作；-检测能力分级：根据不同的应用场景和风险等级，定义了不同的检测能力等级，包括检测区域尺寸、最小检测物体尺寸、响应时间等关键参数的限值。3.2.2立体视觉专项技术要求标准针对立体视觉技术的特点，提出了以下专项技术要求：-深度测量精度：规定了在标准测试条件下，系统应达到的深度测量精度范围，确保三维空间定位的可靠性；-摄像机同步要求：对多目摄像机的采集同步性提出了明确要求，以防止因时间不同步导致的视差计算误差；-标定与校准：要求设备出厂前完成精确的几何标定（包括内参标定和外参标定），并规定了标定漂移的检测和补偿机制；-光照鲁棒性：针对不同光照条件（强光、弱光、逆光、频闪等）下的检测可靠性提出了测试要求；-场景适应性：对监控区域内的反射面、透明物体、低纹理区域等特殊场景的处理能力提出了要求。3.2.3功能安全要求标准遵循IEC61508和ISO13849等基础功能安全标准的原则，对VBPDST设备提出了系统性的安全完整性要求：-安全完整性等级（SIL）：根据应用风险评估结果，规定了设备应达到的SIL等级要求；-性能等级（PL）：参照ISO13849-1的要求，明确了设备在各应用类别下应达到的性能等级要求；-故障反应时间：规定了从检测到危险事件到输出安全信号的最大允许响应时间；-诊断覆盖率：要求系统具备对自身关键部件（图像传感器、处理器、通信链路等）的持续诊断能力，诊断覆盖率应满足相应SIL/PL等级的要求。3.3试验与验证方法标准详细规定了VBPDST设备的试验条件、测试方法和评定准则，主要包括：-实验室测试：在受控环境条件下，通过标准测试件（模拟人体）对设备的检测能力、响应时间、深度测量精度等进行验证；-环境试验：包括温度循环试验、湿度试验、振动试验、电磁兼容性（EMC）试验等，验证设备在严酷环境条件下的可靠性和稳定性；-现场试验：结合实际应用场景（如机器人工作站）对设备的整体安全性能进行评估；-长期稳定性测试：对设备进行持续运行测试，验证其长时间工作下的性能保持能力和标定稳定性。4.标准立项过程与利益相关方4.1标准制定历程IECTS61496-4-3的制定工作由IEC/TC44（机械安全——电工技术委员会）下设的WG5工作组（电敏感防护设备工作组）牵头组织。该工作组汇集了来自全球的机械安全专家、设备制造商、检测认证机构、科研院所和用户代表，经过多轮讨论、草案修改和投票表决，最终于2022年9月正式发布。标准从立项到发布的总体周期约为三年，经历了以下关键阶段：1.提案阶段（2019年）：由德国、日本等国国家委员会提出制定立体视觉VBPD附加标准的提案，经TC44投票通过后正式立项；2.工作组草案阶段（2020-2021年）：WG5工作组组织多轮专家会议，就标准的技术内容、试验方法、术语定义等进行逐条讨论和修订；3.委员会草案阶段（2021年）：形成委员会草案（CD），分发至各国家委员会征求意见；4.最终草案阶段（2022年初）：根据各国家委员会反馈意见完成修订，形成最终国际标准草案（FDIS）；5.发布阶段（2022年9月）：通过IEC成员国表决后，以技术规范（TS）形式正式发布。4.2主要起草单位介绍本标准的主要起草工作由德国SICKAG（西克股份公司）的专家牵头承担。SICKAG成立于1946年，总部位于德国巴登-符腾堡州的瓦尔德基希市（Waldkirch），是全球领先的传感器与工业安全解决方案供应商。公司专注于工业自动化领域的光电传感器、安全防护系统、自动识别系统和测量仪器等产品的研发与制造。在机械安全领域，SICKAG拥有超过五十年的安全技术积累和丰富的实践经验。其安全产品线涵盖安全光幕、安全激光扫描仪、安全编码器、安全控制器以及基于视觉的安全防护系统等，广泛应用于全球各大制造企业的自动化生产线和机器人工作站。SICKAG长期以来积极参与IEC/TC44和ISO/TC199（机械安全）等国际标准化组织的技术工作，在多项机械安全国际标准的制定中发挥了重要的技术引领作用。在IECTS61496-4-3的制定过程中，SICKAG充分利用其在立体视觉安全检测技术方面的工程实践经验和测试数据积累，为标准的各项技术指标和试验方法提供了坚实的实证支撑，确保了标准技术内容的科学性、可操作性和行业适用性。此外，来自日本欧姆龙（OMRON）、德国皮尔磁（Pilz）、法国施耐德电气（SchneiderElectric）等国际知名企业的专家也积极参与了标准制定工作，通过跨国协作汇聚了行业最前沿的技术共识。5.标准的意义与影响5.1填补国际标准空白IECTS61496-4-3:2022RLV的发布，是立体视觉技术在机械安全防护领域标准化进程中的重要里程碑。此前，虽然基于视觉的安全防护装置已有IEC61496-4-1和IECTS61496-4-2标准作为技术依据，但这两项标准主要针对传统的二维视觉检测技术，未对采用三维立体视觉技术的设备提出系统性的专项技术要求。本标准首次将立体视觉技术的特殊安全考量纳入国际标准框架，为制造商、用户和检测认证机构提供了统一的技术依据。5.2推动技术创新与产业升级标准的发布将有效引导和规范立体视觉安全防护技术的研发方向，推动相关技术的成熟与产业化进程。对于设备制造商而言，标准的实施意味着产品开发有了明确的技术目标和验证方法，有助于缩短研发周期、降低测试成本；对于用户而言，标准提供了评估和选型安全防护设备的技术参考，有助于保障生产安全、提升生产效率；对于检测认证机构而言，标准为产品的符合性评估提供了统一依据，有利于建立公平的市场竞争环境。5.3促进全球机械安全水平提升作为国际标准，IECTS61496-4-3的发布实施将促进各成员国在机械安全技术法规和标准领域的协调一致，减少技术性贸易壁垒，推动全球机械设备和自动化生产线的安全水平整体提升。同时，该标准也为我国等制造业大国完善机械安全标准体系、开展相关产品检测认证工作提供了重要的国际参考。6.结论与展望6.1主要结论IECTS61496-4-3:2022RLV作为国际电工委员会在机械安全电敏感防护设备领域的最新标准化成果，系统性地解决了采用立体视觉技术的基于视觉防护装置（VBPDST）所面临的功能安全技术规范问题。该标准的发布填补了国际标准在三维视觉安全检测技术领域的空白，为立体视觉安全防护设备的设计、制造、测试和认证提供了明确的技术依据，对推动安全防护技术的智能化升级、促进全球机械安全水平的提升具有重要的指导意义和深远影响。6.2未来展望展望未来，随着人工智能、边缘计算、高分辨率图像传感器等技术的不断进步，立体视觉安全防护设备的性能将持续提升，其在机械安全领域的应用范围也将不断扩展。在此背景下，以下发展方向值得关注：-标准的持续修订与完善：随着技术的演进和应用经验的积累，现有标准功能安全要求、试验方法需要持续修订完善；-与其他安全标准的协同：加强与ISO13849、IEC61508、ISO/TS15066（协作机器人）等标准体系的协调与衔接；-面向新型应用场景的拓展：针对移动机器人、人机协作、无人化工厂等新型应用场景，制定更加细化的技术规范；-人工智能技术的融合：随着深度学习等AI技术在视觉检测中的广泛应用，需要研究面向AI安全防护系统的性能评估和验证方法。我国作为全球最大的制造业国家，应密切关注IECTS61496-4-3等技术标准的发展动态，积极推进相关国家标准的转化和落地实施，同时鼓励国内企业和科研机构深度参与国际标准的制定工作，提升我国在全球机械安全标准化领域的话语权和影响力。参考文献[1]IECTS61496-4-3:2022RLV,Safetyofmachinery-Electro-sensitiveprotectiveequipment-Part4-3:Particularrequirementsforequipmentusingvisionbasedprotectivedevices(VBPD)-Additionalrequirementswhenusingstereovisiontechniques(VBPDST)[S].Geneva:InternationalE