成像鏡頭的加固

在許多工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用中，在使用成像鏡頭時(shí)，通常要符合很多特殊要求。在工廠自動(dòng)化，機(jī)器人和工業(yè)檢測中使用的鏡頭必須能夠在特定和苛刻的環(huán)境中工作，可能涉及振動(dòng)，沖擊 ，溫度變化和污染物。由于這些環(huán)境要求，新型的加固型鏡頭不斷被開發(fā)出來，用于不同的場景中。它們符合不同類型的加固。主要有三種不同的加固類型：

1）工業(yè)性加固

2）防護(hù)性加固

3）穩(wěn)定性加固

工業(yè)性加固

工業(yè)性加固鏡頭能夠適應(yīng)振動(dòng)和沖擊，避免鏡頭被損壞，保持鏡頭的焦距和f /＃。 為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們?nèi)∠绥R頭的活動(dòng)部件并使其更容易鎖止，不過這樣一來就犧牲了其靈活性。

標(biāo)準(zhǔn)定焦鏡頭采用復(fù)雜的虹膜式光圈和對(duì)焦機(jī)制，典型的虹膜式光圈由薄葉片和球形掣子組成，用于調(diào)節(jié)f /＃，在沖擊和振動(dòng)過程中可能會(huì)彈出。對(duì)于工業(yè)性加固鏡頭，虹膜式光圈被移除，取而代之的是固定光圈。另外，在另一個(gè)螺紋筒內(nèi)套用另一個(gè)螺紋筒的典型對(duì)焦結(jié)構(gòu)被單螺紋和剛性鎖定結(jié)構(gòu)代替。

圖1: 具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和可調(diào)節(jié)虹膜式光圈的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭對(duì)比具有簡單結(jié)構(gòu)的工業(yè)性加固鏡頭。

工業(yè)性加固鏡頭非常適用于系統(tǒng)一旦建立好，就不再變動(dòng)的應(yīng)用。 由于去除了復(fù)雜的活動(dòng)和調(diào)整結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)致所需部件顯著減少，從而節(jié)省了成本，使得這類鏡頭擁有額外的成本優(yōu)勢。 很多應(yīng)用都會(huì)用到工業(yè)性加固鏡頭，例如高振動(dòng)的工廠環(huán)境，相機(jī)會(huì)進(jìn)行快速加速和減速移動(dòng)的情況，會(huì)反復(fù)進(jìn)行多種相機(jī)設(shè)置的檢測系統(tǒng)以及機(jī)器人視覺系統(tǒng)。

防護(hù)性加固

防護(hù)性加固可確保鏡頭組件被很好的密封，以防止水汽和異物進(jìn)入鏡頭，通常我們會(huì)采用O型圈和RTV硅膠。 這種防護(hù)方法經(jīng)常用于工業(yè)性加固鏡頭中，因?yàn)榭烧{(diào)節(jié)的對(duì)焦結(jié)構(gòu)和虹膜式光圈不利于密封。 這類鏡頭可用于高濕度/潮濕，濺射，灰塵或小顆粒的環(huán)境中，以及沒有空間來封裝鏡頭和相機(jī)的情況下。

圖2: 帶有O型圈的防護(hù)性加固鏡頭，可阻止污染物進(jìn)入。

穩(wěn)定性加固

與工業(yè)性加固鏡頭類似，穩(wěn)定性加固可保護(hù)鏡頭免受損傷，同時(shí)還可確保在受到?jīng)_擊和振動(dòng)后，其光學(xué)指向和定位仍可保持穩(wěn)定。除了替換虹膜式光圈并采用簡化的對(duì)焦結(jié)構(gòu)外，各個(gè)鏡頭的內(nèi)部元件都采用膠合固定，以防止他們?cè)谕鈿ぶ挟a(chǎn)生活動(dòng)。圖3顯示了一個(gè)經(jīng)過穩(wěn)定性加固的鏡頭，鏡頭元件被膠合固定，并使用卡鎖來簡化對(duì)焦。

圖3: 穩(wěn)定性加固鏡頭，所有鏡頭元件均采用膠合固定。

在成像組件中，鏡頭元件位于鏡筒的內(nèi)孔內(nèi)。 透鏡的外徑和鏡筒的內(nèi)徑之間的空間很?。ㄍǔＰ∮?0微米）。 盡管空間十分狹小，不過幾十微米的偏心足以顯著影響鏡頭的指向。在使用穩(wěn)定性加固鏡頭時(shí)，如果物點(diǎn)位于視場的中心并準(zhǔn)確的落在中心像素上，即使鏡頭被劇烈振動(dòng)，它也將始終落在此處（圖4）。穩(wěn)定性加固非常適用于必須進(jìn)行視場校準(zhǔn)的應(yīng)用，例如測量設(shè)備，3D立體視覺，用于機(jī)器人感測的鏡頭，以及用于跟蹤物體位置的鏡頭上。 這些應(yīng)用通常需要光學(xué)指向始終保持穩(wěn)定，偏離值必須比單個(gè)像素小得多。圖4a: 無擾動(dòng)系統(tǒng)，物體十字準(zhǔn)星準(zhǔn)確映射到圖像十字準(zhǔn)星上

圖4b: 透鏡在鏡筒內(nèi)產(chǎn)生偏心，光學(xué)指向穩(wěn)定性產(chǎn)生變化的擾動(dòng)系統(tǒng)。 物體十字準(zhǔn)星映射到圖像上的位置產(chǎn)生偏移。

圖4c: 疊加的圖像十字準(zhǔn)星，紅十字線是圖4a的圖像，偏心的黃色十字線是圖4b的圖像。示例略顯夸張，實(shí)際的變化往往是一個(gè)像素或更小的程度。