√ 成像系統(tǒng)正被引入新的自動(dòng)化應(yīng)用環(huán)境中

√ 這些新興的應(yīng)用許多都經(jīng)歷了惡劣的環(huán)境

√ 機(jī)器視覺鏡頭正不斷發(fā)展以保持在這些應(yīng)用條件下的性能

√ 經(jīng)過加固處理的鏡頭可承受沖擊和振動(dòng)、在水中暴露以及溫度波動(dòng)

自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)擴(kuò)展到各行各業(yè)，對現(xiàn)代生活也越來越重要。從自動(dòng)化農(nóng)業(yè)設(shè)備到與制造業(yè)工人一起工作的機(jī)器人再到無人機(jī)，機(jī)器視覺系統(tǒng)正應(yīng)用于傳統(tǒng)的受控環(huán)境之外的新應(yīng)用領(lǐng)域。這些應(yīng)用通常是在有沖擊和振動(dòng)、噴水、濕度、污染物和溫度波動(dòng)的惡劣環(huán)境下進(jìn)行的。雖然機(jī)器視覺鏡頭比起其他專業(yè)消費(fèi)類產(chǎn)品來說更加堅(jiān)固，但應(yīng)對具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用可能仍需進(jìn)行額外的加固。新一代機(jī)器視覺鏡頭已經(jīng)面世，它們可以適用于這些苛刻的應(yīng)用條件，使自動(dòng)化系統(tǒng)能夠滿足對高性能的要求，從而勇敢面對世界的挑戰(zhàn)。

為什么需要額外的加固？

傳統(tǒng)的機(jī)器視覺鏡頭已經(jīng)被設(shè)計(jì)成能夠承受工廠環(huán)境的磨損。它們可以長期使用而不會(huì)散架。然而，它們不一定被設(shè)計(jì)成放入機(jī)器、裝載到卡車上、掉落到工廠地板上，以及在具有額外沖擊、振動(dòng)或污染物的條件下使用。工廠環(huán)境可能很惡劣，但通常是可控的，而其他環(huán)境則不然。

傳統(tǒng)的機(jī)器視覺鏡頭具有多個(gè)用于調(diào)節(jié)光孔的葉狀光闌和雙螺紋對焦機(jī)構(gòu)，使鏡頭具有靈活性且易于調(diào)整，以適應(yīng)不同的使用情況（圖1）。然而，沖擊和振動(dòng)會(huì)使這些移動(dòng)部件發(fā)生位移，導(dǎo)致不必要的像素偏移和分辨率下降。水和其他污染物可能滲入鏡頭組件使鏡頭無法使用，甚至損壞鏡頭后面的相機(jī)傳感器。溫度波動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致玻璃透鏡和金屬外殼膨脹或收縮，導(dǎo)致焦點(diǎn)位置改變，并要求系統(tǒng)重新對焦。隨著自動(dòng)化的進(jìn)步，機(jī)器視覺系統(tǒng)可以在更惡劣的環(huán)境中使用，以上這些問題都可能降低性能或使鏡頭無法使用。例如，自動(dòng)化農(nóng)業(yè)設(shè)備在崎嶇的地形上移動(dòng)時(shí)會(huì)受到?jīng)_擊和振動(dòng)，空氣中的水霧和濕度，以及天氣變化帶來的溫度波動(dòng)。

工業(yè)性加固鏡頭盡量減少鏡頭的復(fù)雜性

?工業(yè)加固涉及簡化和精簡鏡頭機(jī)械構(gòu)造，以實(shí)現(xiàn)更輕巧和節(jié)省空間的設(shè)計(jì)，使其成為設(shè)置后無需改動(dòng)的儀器和OEM應(yīng)用集成的理想選擇。這也防止了在經(jīng)歷沖擊和振動(dòng)時(shí)焦點(diǎn)或f/#的變化，并減少了移動(dòng)機(jī)械部件的數(shù)量。從而使得工業(yè)加固鏡頭比傳統(tǒng)鏡頭更具成本效益。固定光圈擋板取代了可調(diào)節(jié)的多葉光闌。單線程調(diào)焦機(jī)構(gòu)取代了笨重的雙線程調(diào)焦機(jī)構(gòu)。然而，雖然工業(yè)加固的鏡頭既更具成本效益，又能保護(hù)其免受沖擊和振動(dòng)，但它們在調(diào)整鏡頭參數(shù)方面的靈活性卻較低。

穩(wěn)定性加固鏡頭對沖擊和振動(dòng)的最大保護(hù)

穩(wěn)定性加固建立在工業(yè)耐用性的基礎(chǔ)上，有更多的保護(hù)功能，以保護(hù)鏡頭免受沖擊和振動(dòng)。組件內(nèi)所有單獨(dú)的玻璃元件都被膠合在一起，以保持光學(xué)指向的穩(wěn)定性。沖擊和振動(dòng)會(huì)使傳統(tǒng)鏡頭內(nèi)的鏡頭元件偏移，導(dǎo)致圖像在不同的像素上移動(dòng)（圖3）。將所有元件粘合到位可以防止像素偏移，并在惡劣環(huán)境中保持性能。

防護(hù)性加固鏡頭: 防水組件

受保護(hù)的堅(jiān)固性密封鏡頭，防止水或固體顆粒進(jìn)入外殼。用O型環(huán)來密封已經(jīng)工業(yè)加固的鏡頭，因?yàn)閭鹘y(tǒng)鏡頭的移動(dòng)部件會(huì)影響密封。Edmund Optics® 的防護(hù)性加固鏡頭是防水鏡頭，符合國際電工委員會(huì)（IEC）的 IPX7 和 IPX9K 的入侵保護(hù)等級。將這些鏡頭與防水相機(jī)和照明設(shè)備（需要時(shí)）搭配使用，可以保護(hù)整個(gè)成像系統(tǒng)。

無熱化加固：無論溫度如何都能保持無熱化

玻璃透鏡元件及其金屬外殼的熱誘導(dǎo)膨脹和收縮會(huì)導(dǎo)致機(jī)器視覺鏡頭的焦點(diǎn)偏移。這個(gè)問題對航空航天應(yīng)用或任何其他暴露在明顯溫度波動(dòng)下的機(jī)器視覺系統(tǒng)特別不利。有兩種主要的方法可以使透鏡組件無熱化：主動(dòng)無熱化和被動(dòng)無熱化。主動(dòng)無熱化包括使用反饋回路和電機(jī)外殼內(nèi)的鏡頭元件位置進(jìn)行物理調(diào)整，以校正熱焦點(diǎn)偏移。另一方面，被動(dòng)無熱化利用巧妙的機(jī)械設(shè)計(jì)和材料選擇，在整個(gè)溫度波動(dòng)期間將鏡頭性能保持在其指定范圍內(nèi)，而無需主動(dòng)調(diào)整任何元件。在設(shè)計(jì)被動(dòng)無熱能化鏡頭時(shí)采取了一些措施來盡量減少熱變化的影響。Edmund Optics 的無熱化加固鏡頭在-10°C至50°C的溫度下進(jìn)行被動(dòng)無熱化處理，未使用外來的或昂貴的玻璃類型（圖5）。這在不必增加系統(tǒng)成本或復(fù)雜性的情況下將溫度保持在寬范圍內(nèi)。