机器视觉应对恶劣环境的办法

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  • 来源:光虎光电科技(天津)有限公司

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  • 发布时间:2021-11-12 05:12:13

早期应对恶劣环境的方法是将成像硬件视为一次性设备,一旦不再可靠地工作,就更换它。然而,这种方法通常排除高性能组件的使用,因为它们的成本较高。因此,使用一次性成像硬件往往会牺牲图像质量。

另一个常见的选择是建造定制的外壳来保护成像系统硬件。虽然这种选择大大改善了保护,但它也增加了成像系统的尺寸,使其无法用于空间受限的应用。封装也会降低光学性能,因为增加的光学表面会使图像变形,增加不必要的反射,引入杂散光和引起其他照明问题。更重要的是,工具大大增加了定制外壳系统的费用。

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这两种解决方案都不理想,所以和镜头制造商正在转向第三种方案:开发能够承受恶劣环境的组件。这种方法减少了成本和维护时间,不需要经常更换故障部件或构建自定义外壳。

建造一个能在如此恶劣的环境中生存的成像系统是很棘手的。每种情况对系统的影响是不同的,需要设计人员针对特定的环境采用不同的方法。幸运的是,为了解决每个环境挑战,设计师可以选择许多标准技术。

温度控制

对于大多数成像应用,温度控制主要针对设备内部产生的热量。场强环境温度很少干扰电子设备的运行。然而,当散热效率低下或无效时,这些设备容易变得很热而导致设备故障。理想情况下,电子设备尤其是图像传感器,应保持在50℃以下。

机器视觉系统使用传统的方法来控制电子设备中的热量,包括散热器和风扇。高能应用包括激光或高温环境下的装置,甚至可能需要水冷却。具体的选择很大程度上取决于安装。

只要有足够的空间,散热器适合大多数应用。然而,散热器往往体积很大,需要周围的自由空气空间进行对流。对于图像传感器来说,相机机身本身可以被设计成散热器。

散热器可以与风扇一起使用来改善散热,或者风扇可以单独通过在系统中循环冷空气来达到目的。然而,为了避免颗粒物污染,风扇需要一个“干净”的空气供应,通常是通过过滤器抽空气。风扇可配置为进气,迫使外部较冷的空气进入机箱,或排气,将较热的空气从机箱内排出。

在某些情况下,系统可能不得不在环境空气太热而且无法充分散热的环境中运行。然后,该系统可能需要替代方法,如制冷或水冷却。它也可能使用热电冷却的特定组件,如处理器或图像传感器。

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振动和冲击

振动是导致许多故障的主要原因,包括成像镜头对焦的改变、光学失调以及电子设备连接和连接故障。冲击也存在于许多装置中,特别是在从事重复运动的机械中,可以产生类似的效果。两者都使用了类似的技术来缓解,其中最常见的是使用阻尼材料。

阻尼材料有几种用途。它可以放置在安装点,以减少冲击和振动从一个单位传递到另一个。它也可以在一个封闭的空间内使用,以限制单元在该空间内的运动。对于聚焦镜头,特殊的阻尼润滑脂可使对焦运动更硬,更不容易移动。

水和颗粒物

暴露在水或其他液体中会造成电子电路短路,导致设备故障,从而对成像系统造成严重破坏。液体还会损坏涂层或产生冷凝,从而影响分辨率和透光性,从而对镜片造成伤害。避免流体损坏取决于流体来自哪里。对于意外流体,例如雨,仅仅使流体偏转就足够了。对于浸没、压力喷雾或高湿度的环境下,可能需要水密密封。

提供水密密封的两种主要方法是粘合剂和垫圈。

胶粘剂,如室温硫化胶粘剂和硅酮,相对容易应用,可以在狭窄的空间使用,但可能存在一致性和工艺问题。它们也不适用于可能需要定期拆卸的连接处,如镜头到相机的安装连接。在这种情况下,必须使用垫圈,尽管它们可能很难合并到小空间。

与胶粘剂相比,垫片涉及较少的工艺相关变异性。在成像系统中最常见的形式是硅o形环。也可以使用其他材料,但如果要承受深浸或高湿度,这种材料必须具有非常小的透水性。任何在成像系统的镜片之间流动的水分都可能导致雾化,降低整个系统的能见度。


在成像系统中,暴露于颗粒物质的影响类似于液体暴露:短路和模糊光路。微粒的积聚还会降低散热器的有效性,并通过增加绝缘层来降低空气冷却,如果驱动的力量足够大,还会磨损系统的外表面。幸运的是,用于防止流体侵入系统的相同方法也可以防止微粒进入系统。

然而,成像系统的一个部分是镜片的外表面,很难保护自己不受微粒的影响。用合适的材料制成的光学平障有助于提供耐磨性,但几乎无法防止材料粘附在表面并模糊光路。在这种情况下,解决办法是定期清洁外部表面。这可能需要拆卸系统以进入镜头表面,从而增加系统维护成本。


【来源:光虎视觉内部培训资料】

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