Повышение прочности объективов

К объективам, используемым в промышленных приложениях машинного зрения, предъявляют особые требования. Объективы, используемые в автоматизации производства, робототехнике и промышленном контроле, должны работать в особых, сложных условиях, включая вибрацию, удары, изменение температуры и загрязнение. Таким образом, новые классы защищенных объективов были разработаны специально для работы во множестве различных сценариев. Доступны четыре различных типа повышенной прочности:

- Промышленное повышение прочности;

- Защита от проникновения частиц;

- Увеличение стабильности;

- Атермализация;

Промышленное повышение прочности

Прочные промышленные объективы выдерживают вибрацию и удары, не повреждаются и не меняют фокусировку или относительное отверстие (f/#). Гибкость приносится в жертву за счет устранения движущихся частей для достижения этой цели. В стандартном объективе с фиксированным фокусным расстоянием используется механизм фокусировки и ирисовая диафрагма, состоящая из тонких лепестков и шариковых фиксаторов для регулировки f/#, которые могут сместиться во время ударов и вибрации. Ирисовая диафрагма снимается и заменяется стопором с фиксированной диафрагмой в промышленных объективах повышенной прочности, а механизм фокусировки, обычно состоящий из трубки с резьбой внутри другой трубки с резьбой, заменяется механизмом с одинарной резьбой и жестким замком.

Стандартный объектив со сложной механикой и регулируемой диафрагмой по сравнению с промышленным усиленным объективом с упрощенной механикой

Промышленная защита идеально подходит для приложений, в которых система устанавливается один раз и не подлежит изменению. Объективы этого типа также обладают дополнительным преимуществом в стоимости благодаря отсутствию сложных движений и регулировок, что приводит к значительному сокращению количества деталей и снижению затрат. Существует много приложений, где требуется повышения прочности, например, в заводских средах с высокой вибрацией, в ситуациях, когда камера быстро ускоряется, в системах контроля, в которых повторяются многие аналогичные настройки камеры, и в роботизированном зрении.

Защита от проникновения частиц

Пылевлагозащита обеспечивает герметизацию узла объектива с помощью уплотнительных колец и силикона RTV, чтобы предотвратить попадание влаги и мусора в объектив. Такая защита обычно добавляется к промышленным прочным объективам, поскольку герметизация регулируемого фокуса и диафрагмы может быть проблематичной. Эти объективы используются в средах с высокой влажностью/влагой, брызгами, пылью или мелкими частицами, а также там, где нет места для полного закрытия объектива и камеры.

Объектив повышенной прочности с защитой от влаги оснащен уплотнительным кольцом для герметизации таких загрязнений, как пыль, грязь или влага, и гидрофобным окном в передней части оптической системы

Пылевлагозащита указывается двумя цифрами, которые составляют степень защиты IP в соответствии со стандартом IEC 60529. Первая цифра описывает уровень защиты от твердых частиц и пыли, и колеблется от нуля до шести. Если компонент не был протестирован на защиту от проникновения твердых частиц, первая цифра заменяется на X.

Степень защиты корпуса от твердых частиц:

Вторая цифра описывает степень защиты от влаги и колеблется от нуля до девяти.

Степень защиты корпуса от влаги:

Следует обратить внимание, что эти классы не суммируются. Соответствие IPX7 или IPX8 не гарантирует соответствие IPX5 или IPX6. Продукты, которые соответствуют требованиям как к струйному распылению, так и к непрерывному погружению, будут иметь оба рейтинга. Например, водонепроницаемые объективы с фиксированным фокусным расстоянием TECHSPEC® серии Cw имеют рейтинг IPX7 и IPX9K.

Увеличение стабильности

Как и в случае с промышленными объективами повышенной прочности, стабилизация защищает объектив от повреждений, а также обеспечивает сохранение оптического наведения и позиционирования после ударов и вибрации. В дополнение к замене диафрагмы и упрощенному механизму фокусировки отдельные элементы объектива приклеены, чтобы предотвратить их перемещение внутри корпуса. На рисунке показан объектив повышенной прочности, в котором элементы объектива приклеены, а для упрощения фокусировки используется зажим.

Стабильный прочный объектив со всеми приклеенными элементами объектива

Элементы объектива располагаются во внутреннем отверстии корпуса узла формирования изображения. Пространство между внешним диаметром линзы и внутренним диаметром корпуса обычно составляет менее 50 мкм. Несмотря на минимальное пространство, децентраторов порядка десятков микрон достаточно, чтобы существенно повлиять на наведение объектива. При использовании стабильного объектива повышенной прочности, если точка объекта находится в центре углового поля и падает точно на центральный пиксель, она всегда будет падать туда, даже если объектив подвергался сильной вибрации. Стабильность и прочность важны в приложениях, где необходимо откалибровать угловое поле, например, в измерительном оборудовании, трехмерном стереозрении, объективах, используемых для распознавания в робототехнике, и объективах, используемых для отслеживания местоположения объектов. Эти приложения часто требуют, чтобы оптическое наведение стабилизировалось до значений, намного меньших, чем один пиксель.

Невозбужденная система, в которой перекрестие объекта отображается в перекрестие изображения (а), и возбужденная система, в которой линзы децентрируются внутри корпуса и изменяется оптическая стабильность наведения (б). Перекрестие объекта отображается в другом месте (желтое) на изображении, чем невозбужденное изображение (красное). Этот пример сильно преувеличен, и фактические изменения, как правило, составляют порядка пикселя или меньше

Атермализация

Материал расширяется и сжимается в ответ на изменение температуры. Коэффициент теплового расширения (КТР) является мерой того, насколько материал изменяется в размере. Для высокопроизводительных систем машинного зрения, подверженных экстремальным или широким перепадам температуры, требуются атермализованные объективы, чтобы свести к минимуму изменения производительности в зависимости от температуры. Атермализация относится к процессу, посредством которого оптомеханическая система стабилизируется к экстремальным или меняющимся температурам, а также описывает оптомеханическую систему, подвергшуюся этому процессу.

Атермализация может быть активной или пассивной. Активная атермализация приводит к тому, что линза была разработана и изготовлена ​​так, чтобы выдерживать экстремальные или изменяющиеся температуры, но может потребовать дополнительного вмешательства, такого как перефокусировка. Пассивная атермализация приводит к тому, что линза, которая была разработана и изготовлена ​​из дополнительных материалов, не нуждается в регулировке при превышении указанного температурного диапазона.