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   SafetyEYE——三维安全(上)
 
SafetyEYE——三维安全(上)

2007年04月10日
   用于安全防护的首个安全照相系统

  工业环境下的人和机器的保护必须不但满足最高的安全要求而且要经受得住严格的经济审查,从而需要一种新方法能够协调这两个明显矛盾的要求。该方法的一个起点就是人和机器之间的交互作用,因为只要人和机器靠的越近,安全措施就更加的复杂和昂贵。SafetyEYE的安全照相系统,皮尔磁开启新纪元。

  安全的定义是没有不可接受的风险危害或者是被认为是没有风险的情况。然而,安全仅被作为一个相对没有风险的情况而且在某些环境或者是某些条件下只保证一段时间。对于复杂系统,不可能将其完全排除在外。“安全”并不是一个固定的变量而是“技术可行”的共识。形成并实行安全概念以求能获得一个安全的环境,安全方法能够转移可预计及不可预计危险的程度或能够尽可能避免危险的发生是判别安全方法成功与否的因素。机器指令陈述的是安全的目标,换句话讲,安全的设备和机械是强制执行的,标准则反映的是最新的技术。
对每一个装置或设备进行风险评估,如果存在的风险是没有理由的,则必须采取一定的安全措施,最好的方法是从一开始就设计一台安全的机器,以前是采取物理分离的方法,经常是采用封盖、安全门或栅栏使其满足安全要求。安全光幕、激光扫描仪和压力地毯作为附加的安全装置用以阻止人进入危险区域。

最新技术

  封盖、栅栏或安全门执行附加的任务和功能。一方面他们可以减少噪音、灰尘或其他现今社会无法避免的的排放物,另一方面在给定的情况下限制使用者的移动自由,忽视安全装置就会导致误操作。通常来讲,移动的防护装置是通过安全门开关来进行保护的,如果安全门打开则会引起危险的移动导致停机。如果停顿时间(包括机械停止)不充分,则要使用防护锁定装置,延迟安全门的打开或者是只有当取得一个安全停顿的时候才将其释放。目前越来越多地使用过程防护锁定装置避免过程被随意打断从而导致质量下降。

  安全栅栏可能更加适合于较大的设备,因为那里可以接近安全门。在难以获得情况概况尤其是对那些范围较广的设备必须采取一些额外的措施,才能够确保在设备或机械重启的时候危险区域内没有人。这种类型的保护和机器上的安全门提供的保护类似,由于安全门的机械尺寸问题,经常会使用一些额外的机械门闩甚至更好的非接触式的传感器技术(如基于RFID技术,PSEN编码),在所有的EN 954-1的分类中,所有种类的安全门(防护装置等)都是可分的。安全栅栏被固定安装在地板上,操作员和过程之间的距离是确定的,这种安装也是永久性,占用了有用的地板空间。生产或产品的相应变化也会要求结构上的调整。

  不是所有的过程都是完全自动化的,事实上他们经常会被产品的运进或运出打断。这些位置要保持敞开的状态保证物料流量的畅通。他们安全相关的设计需要特别的关注,在这些情况下绝大部分采用的是安全光栅和激光扫描仪,根据保护目标(手指、手、身体)的不同,光栅有安全等级2或安全等级4两类。它们的反应时间较短,是毫秒数量级的。尽管这些时间根据长度、光束的数量等会有相应的增加,但是近年来它们对环境的影响有很强的鲁棒性,但是对于一些污染很强的环境也存在一定的局限性。以木工工业为例,安全光栅的有效性就会受到木屑的影响而不同,木屑会使得不同的物体之间很难清楚划分。建立扩展功能如(固定的或不固定的)消退甚至是屏蔽来维持检测的模式同时允许物料在光栅之间通过。作为这个过程的一部分,可以阻挡或者是暂时性的延缓单个的光束至整个区域。光栅在切换模式下运行并且通常来讲是半导体输出。带安全总线接口的版本如带SafetyBUS P的PSENopt也逐渐被市场所接受。市面上可以提供的光栅的应用范围从几厘米到几十米不等。

  激光扫描仪投入市场已超过10年,作为一个安全等级为3级的安全产品,他们在四/六米的范围内监控一个270度(360度)的区域。扫描仪的结构化设计允许有多个的检测和警告区域,并且保证区域(轮廓)的空旷性。通过外部的安全输入或通过安全总线连接可以对这些警告和检测区域进行选择,从而形成及其方便、多层次的解决方案,反应时间比使用安全光栅长。扫描仪的可视化边界的设置也跟安全光栅的有点不同。激光扫描仪是首个使安全相关的解决方案如滚轮周围的安全防护措施取代经典的缓冲器和机械式的解决方案。

  作为开关元件,压力地毯的安全等级一般为两级。紧密接触后地毯就被激活,引起关机。能提供解决方案的单个版本趋向于安全等级3级或4级。压力地毯是一个用户化的产品,它堆积在地板上有几厘米,形成一个衬垫物或者可能是缓冲器的边缘,对于经常会改变工厂布局的情况,使用压力地毯就不是很合适了,不过它们有很好的鲁棒性,对于在灰尘下的应用它们还是不可取代的。例如在木工工厂中的应用,所有解决方案的一个共通点就是每个应用都会有其具体的技术特性。因此并没有一个最好的解决方案,每个解决方案都是针对某个具体情况的应用。另一因素是从商业上的考量,也就是说生产者有一个完整的产品系列可以为应用提供所需的所有产品。

SafetyEYE背后的技术
  安全照相系统的SafetyEYE包含两个相互作用的单元:传感装置包含照相机和分析单元,分析单元用以分析图像信息并且通过一个可编程的安全控制系统提供一个自动化的界面。照相机每秒钟能记录下多个图像信息用于计算目标的物理位置,然后将其与检测区域和警告区域进行比较,根据不同的比较结果可以设定不同的输出,并且可以通过安全的总线系统SafetyBUS p和未来的SafetyNET p进行设置。SafetyEYE是在三维视觉理论的基础上发展起来的,它要形成一个真实空间中目标的图像信息至少需要来自两个角度的信息,就像人的两只眼睛一样,SafetyEYE需要一些传感器也就是一些照相机来保证获取所需的信息。SafetyEYE配置了三个照相机为的是能够获取所有情况及每个可能的可视和实际情况下的图像信息。人眼之间的距离能够与SafetyEYE镜头间的距离相比较。由于所有静态和动态的目标都可以被监控,单个的照相机必须同时采集信息,SafetyEYE的传感装置每秒钟可以采集20个图像信息,通过光纤电缆传输到分析单元,随着单个照相机间的距离的确定也建立起深度效果。灵活的设计使得风景显得相对平坦,例如,对于一个具体的应用,基本距离间的结构设计,镜头的布局以及照相机的像素都应该作为参考,用以确定最小的可发觉的目标的大小。
  对于采用SafetyEYE进行手臂保护的情况,SafetyEYE覆盖的区域大小约为10平方米,防护高度为2.8米;对于进行腿保护的情况,它能覆盖的区域超过30平方米,防护高度为5米;对于身体保护的情况,其能覆盖的区域超过120平方米,防护高度为10米。现行的关于工厂工业规定的照明足以用来操作SafetyEYE而不需要另外的光源。
  对于硬件方面安全相关的设计,可以通过经典的冗余,相异和反馈的方法产生,它的特别之处就在于其多层次的图像算法,显而易见,从附近窗户照射进来的太阳光和内部光线的改变不能够改变检测区域行为。
  从性能方面考虑就必须寻求算法、检测和警告区域、解决方案、摄像头数目以及硬件性能之间的折衷。



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