引言

用于三維區(qū)域監(jiān)控的安全照相系統(tǒng)由皮爾磁公司和戴姆勒－克萊斯勒公司共同研究開發(fā)，SafetyEYE可以在危險區(qū)域周圍設(shè)置一個特定的、三維的保護(hù)區(qū)域，其檢測區(qū)域可以快速靈活地在PC機上進(jìn)行配置。SafetyEYE在一個系統(tǒng)中實現(xiàn)了保護(hù)、控制和監(jiān)測的功能，安全部分的用戶從增長的靈活性和生產(chǎn)力中獲利，而保全部分則得益于連續(xù)的目標(biāo)監(jiān)控和訪問保護(hù)。

SafetyEYE不僅僅是一個傳感器，它是在三維空間中安全檢測目標(biāo)的技術(shù)基礎(chǔ)，安全照相系統(tǒng)廣泛適用于工業(yè)領(lǐng)域的各行各業(yè)，如機器中心、輪胎、包裝工業(yè)、高空作業(yè)系統(tǒng)、車輛自動停放等等。

現(xiàn)有的安全相關(guān)解決方案存在局限性

下面以機器人工作站為例更好地進(jìn)行說明，機器人工作站中包含有一個或多個機器人，通過安全柵欄進(jìn)行保護(hù)。

通常來講，機器人要求一些額外的保護(hù)裝置，諸如光柵和連接區(qū)域限位開關(guān)的激光掃描儀，當(dāng)有人進(jìn)入或者是處于危險區(qū)域時，這些裝置就會檢測出來。然而現(xiàn)有的安全相關(guān)解決方案存在明顯的缺陷。

用基于光電器件的安全裝置最多只能監(jiān)控一個平面而不是空間。而且如果自由視線受阻，還必須要加裝安全地毯等來進(jìn)行工作站的安全防護(hù)，因此完全覆蓋工業(yè)機器人的活動半徑是不可能的，或者需要相當(dāng)大的技術(shù)投資。此外，常用的安全裝置會使機器人突然在危險位置急停下來，而為了要重新啟動機器人，又必須得將其放回到它停止前相同的位置，這需要一定的成本同時也會對下游生產(chǎn)線產(chǎn)生影響。另一方面，該過程中包含大量的元件和復(fù)雜的接線，不但使得機器人工作站的保護(hù)變得十分昂貴而且對其實用性也會產(chǎn)生負(fù)面的影響。

創(chuàng)新的解決方案

現(xiàn)有的安全解決方案存在的局限性是皮爾磁開始考慮區(qū)域監(jiān)控新概念和發(fā)展安全照相系統(tǒng)思想的原因，與此同時，戴姆勒-克萊斯勒的過程發(fā)展、自動化和控制技術(shù)部門也在思考一些新的監(jiān)控策略。他們想綜合利用一些照相機在三維空間中重構(gòu)需要監(jiān)控的區(qū)域，這樣才使得利用圖像處理算法檢測進(jìn)入危險區(qū)域目標(biāo)的方法成為可能。以運用光學(xué)輔助系統(tǒng)為起點，戴姆勒-克萊斯勒研究中心的圖像處理實驗室可以使得汽車駕駛者意識到危險的發(fā)生，這也是皮爾磁和戴姆勒-克萊斯勒合作的原因。戴姆勒-克萊斯勒負(fù)責(zé)研發(fā)適用于三維圖像評估的算法，皮爾磁的任務(wù)則是使這些算法適用于工業(yè)應(yīng)用并且生產(chǎn)制造出該系統(tǒng)。

一個系統(tǒng)完成控制、監(jiān)控和保護(hù)

整個系統(tǒng)由三部分組成：傳感器單元、一臺高性能計算機和一個可編程的安全控制系統(tǒng)。傳感裝置由三個高精度的動態(tài)照相機組成，產(chǎn)生監(jiān)測空間的圖像數(shù)據(jù)。高性能的計算機作為分析單元，通過光纜接收來自照相機的圖像數(shù)據(jù)并使用安全的算法產(chǎn)生空間圖像，這樣才可能從三維對目標(biāo)進(jìn)行觀測并且精確定義它們的位置。將此信息輸入到系統(tǒng)中配置的檢測區(qū)域用以確定是否有目標(biāo)進(jìn)入危險區(qū)域。例如，高性能的計算機將圖像處理結(jié)果傳輸?shù)絇SS可編程安全控制器，PSS控制器的輸入和輸出直接與機器自身的控制器連接，并負(fù)責(zé)整個SafetyEYE的運行。如果分析單元給出的信號說明有目標(biāo)進(jìn)入危險區(qū)域，那么配置系統(tǒng)的輸出就將被切斷。與其連接的外圍設(shè)備也可以通過SafetyBUS p的安全總線系統(tǒng)切斷，將來還有可能通過SafetyNET p 以太網(wǎng)來實現(xiàn)。檢測區(qū)域、警告區(qū)域以及其他一些操作安全照相系統(tǒng)所需的參數(shù)都可以通過配置好的PC機和專業(yè)的軟件包來進(jìn)行設(shè)定。

完美兼容安全理念幫助預(yù)防停工

以一個利用SafetyEYE進(jìn)行監(jiān)控的機器人工作站為例，該工作站在工作的時候完全開放，不需要任何防護(hù)柵欄。在工作站上方安裝傳感裝置，全面監(jiān)測機器人活動的范圍。從開始階段就將被人為操控的可能性排除在外，監(jiān)視器顯示出正在工作的安全技術(shù)：顏色、半透明立方體及三維的警告和檢測區(qū)域被輸入到照相機采集來的圖像信息中（見圖1）。機器人在其工作周期內(nèi)在這些區(qū)域內(nèi)活動。將危險區(qū)域定義為虛擬層的形式，包含警告區(qū)域和檢測區(qū)域。只有進(jìn)入這兩個區(qū)域的目標(biāo)才存在潛在危險。

SafetyEYE特性是目標(biāo)進(jìn)入檢測區(qū)域并不會自動導(dǎo)致緊急停車，當(dāng)人進(jìn)入到虛擬檢測區(qū)域的某點而機器人還需要幾秒就將到達(dá)的時候，控制技術(shù)會保證機器人減速前進(jìn)。如果人發(fā)覺警告信號退出危險區(qū)域，則機器人恢復(fù)至正常速度前進(jìn)。只有當(dāng)操作人員進(jìn)入到警告區(qū)域時才會造成緊急停車。而常規(guī)的保護(hù)裝置在遇到危險情況時會立即停止機器人，這是SafetyEYE相對于常規(guī)保護(hù)裝置的明顯優(yōu)勢。在SafetyEYE的幫助下，可以精確控制工作流程并且安全措施靈活。

在PC機的配置警告和保護(hù)區(qū)域

為了便于管理，可以將檢測區(qū)域和警告區(qū)域組合成一個復(fù)雜的區(qū)域，這可以快速、直觀地在PC中進(jìn)行配置，如果一臺機器不同的操作模態(tài)要求不同的區(qū)域設(shè)置，可以在機器的工作周期中通過安全總線系統(tǒng)SafetyBUS p或者數(shù)字輸入的PSS可編程的安全控制系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)的切換。使用非常靈活，一旦檢測區(qū)域確定下來，使用者也可以在SafetyEYE的配置器中通過鼠標(biāo)進(jìn)行改變，因此對于檢測區(qū)域進(jìn)行的監(jiān)控基礎(chǔ)不再是技術(shù)需求而是用戶對使用周期的要求，這樣設(shè)計起來可以享有最大的靈活機動性（見圖2），SafetyEYE的安裝和檢測區(qū)域的設(shè)置僅需幾個小時的時間，而定位、安裝、檢查常規(guī)的保護(hù)裝置往往需要花去至少一天的時間，相比較而言，使用SafetyEYE更加經(jīng)濟(jì)實惠，當(dāng)有人進(jìn)入危險區(qū)域時，一個集成的診斷功能可以將停工期縮到最短。

人機的交互作用

安全照相系統(tǒng)與傳統(tǒng)的傳感技術(shù)相比有明顯的差別，這一個系統(tǒng)就可以實現(xiàn)保護(hù)、控制和監(jiān)測。SafetyEYE也可以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的控制功能，并且可以監(jiān)測一些獨立的區(qū)域，這樣不僅降低了成本，而且最大限度地減少了元器件的數(shù)量。它能夠直接連到總線系統(tǒng)如SafetyBUSp甚至將來的SafetyNET p，更好地節(jié)約了原材料和安裝時間。

SafetyEYE能夠以鳥瞰的方式保護(hù)車間，使得人和機器和諧共存。利用安全照相系統(tǒng)能夠滿足最廣范圍內(nèi)的機械工程應(yīng)用的要求。

有價值物體和接近建筑物通路的完美監(jiān)控

安全(Safety)描述的是保護(hù)環(huán)境不受物體的影響，而安全（Security）所關(guān)注的則是保護(hù)物體不受環(huán)境的影響，這包括保護(hù)通往大樓的通路或者是監(jiān)測博物館中價值不菲的展品。例如，SafetyEYE可以不間斷地監(jiān)控有價值目標(biāo)，因為它監(jiān)控的是一個三維的空間而不是像傳統(tǒng)的保護(hù)裝置一樣監(jiān)控一個平面。(end)