许多应用对透镜的要求比标准成像透镜的性能要求更高，这就需要坚固的成像透镜。一种新的成像选择是稳定坚固的成像镜头。
Jessica Gehlhar，视觉解决方案工程师，Cory Boone，光学工程师，Edmund Optics
历史上，工业和入口保护加固成像镜头已经解决了许多环境和应用挑战。但随着成像系统增加移动元件的数量，以及产品通过检测系统更快以获得更高的吞吐量，这些移动需要更大的校准和成像性能。随着工厂自动化、测量、机器人和自动驾驶汽车等应用的不断扩大和发展，对稳定性加固成像镜头的需求将随着行业的发展而增加。
这些应用中的每一个都呈现了环境挑战 - 例如冲击，振动和污染到成像系统。与实验室和天文台设置不同，这往往具有相对控制的环境，制造设施可以呈现环境经营困难。
为了解决这些挑战，粗鲁的成像镜片具有许多特征和益处。但要确定应用程序的最佳粗糙化镜头，请首先让我们清楚地定义各种坚固化技术。
标准成像
标准的成像镜头在某些应用和环境中可能不够用，因为镜头组件中有大量的活动部件，如双螺纹调焦、多叶虹膜和相应的拇指螺钉。例如，薄薄的重叠的虹膜叶片特别容易受到高强度的冲击和振动，这可能导致它们很容易弹起而被损坏。通过将虹膜叶片换成固定光圈，可以大大提高镜头的生存能力。
镜片的另一个部件在震动和振动时可能会松动，那就是拇指螺丝。虽然它们可能不会完全脱落，但它们可能会足够松散，导致焦点变化，可能会降低图像质量。在机器视觉检测系统中，错误的图像质量可以增加拒绝通过单元或通过不合格单元的可能性。该地区的碎片和污染物会加重这些影响。
坚固化
历史上，有两种主要的加固技术来解决这些环境困难-工业加固和入口保护加固。
图1：Edmund Optics CR系列稳定性迷人的镜片，所有元素粘在一起。
在工业加固成像镜头中，标准成像镜头的许多活动部件被消除:
-多片虹膜换成固定光圈挡
-焦点调整被简单的单线程取代
- 用固定螺钉替换拇指螺钉。
工业加固防止许多无意识的运动和焦点转移以上描述，因此保持理想的图像质量。工业加固成像镜头也可以防止用户不小心改变焦点和虹膜设置。
在进入保护坚固的成像镜头，镜头组件是全封闭或密封的o形环(或RTV硅)，以承受环境污染物。IP66或IP67环境等级是最著名的颗粒和水的耐腐蚀性标准。
外壳和密封件对于用于检查食品质量的镜片尤其重要。镜片必须承受直接暴露在液体和潮湿的冲洗应用。
许多制造、加工和包装应用都是在灰尘、碎片、污垢、粘合剂或液体普遍存在的不利环境中进行的。进入保护坚固的成像镜头的设计，以承受这些恶劣的环境。
稳定耐用
如今，在工厂自动化、测量、机器人和自动驾驶汽车等一些要求更高的应用中，对成像系统的要求超出了工业加固和入口保护加固的要求。在这种情况下，还有另一种加固方式:稳定加固。Edmund Optics TECHSPEC紧凑型坚固(Cr)系列固定焦距透镜是稳定坚固成像透镜的一个例子。
虽然入口保护防伪防止污染和工业粗糙化消除了移动部件，但即使在重击，振动和温度变化也使得稳定性粗糙化保持（或稳定）光学指向和定位。在稳定性粗糙化成像透镜中，各个透镜元件胶合到位以防止它们在壳体内移动（参见图1）。
在光学系统中，透镜元件坐在枪管的内孔内。镜筒的外径与筒的内径之间的空间通常小于50微米;甚至数十微米的漂移足以显着影响镜头的指示（见图2,3和4）。
图2：未受干扰的系统，其中对象Crosshair映射到图像十字准线。
当使用稳定强化镜头时，如果一个物体点落在精确的中心像素上，它将始终落在那里，即使镜头已经严重振动;因此，像素移动减少，图像稳定。
图3:振动后的摄动系统，透镜在筒体内偏心，光学指向稳定性改变。目标十字准线被映射到图像上的不同位置。
即使在清洁的检测环境中，机器人的动作也会受到很好的控制，这也是一个挑战。输送线和机器人系统比以往任何时候都能以更快的速度移动，处理更重的产品。振动来自于物体的运行速度和重量，或者来自于设备旁边的线路和系统。这些高强度的环境对成像系统产生了强烈的冲击和振动要求，使得镜头的性能更加关键。
图4：图像十字架覆盖，红色十字线是来自图2的图像，并且偏心的黄色十字线是图3的图像。示例夸大了，因为实际变化往往是像素或更少的顺序。
此外，用户对分辨率和图像质量有更高的期望。随着相机像素尺寸变得更小，甚至轻微的失调成像系统变得明显。对于一个拥有5.6微米像素的相机来说，指向和对齐的改变曾经是不明显的，但对于一个拥有1.4微米像素的相机来说，随着时间的推移或在一次强烈冲击后，这些变化可能会变得非常明显。
稳定性粗糙化在必须校准视野，例如测量设备，3D立体视觉，用于机器人传感的镜片的应用中非常重要，以及用于跟踪对象位置的镜头。这些应用程序通常要求指向稳定为远小于单个像素的值。
在3D立体声视觉中，两个成像镜头用于将被投射到3D对象上的图案。然后将两个图像进行比较，以提取关于对象的3D信息，而是执行两个镜头的角度和视野必须良好校准。
一旦校准，像素映射中的任何位移都会抵消3D模型中的信息，影响测量。在运输或搬迁过程中，这些系统多次遭受严重冲击和温度变化。如果系统每次搬迁都需要重新校准，那么派遣一名技术人员到现场将会非常昂贵，而一次安装和校准系统将会降低成本。
另一个类似的应用是失真校正。在一个有畸变的成像系统中，信息不会丢失——信息只是被移动了。失真可以映射或校准从您的成像系统，以消除它。如果发生像素移位，则变形映射现在是不正确的;移动失真校准地图可以移动你的值，影响你的精度。
另一个最近的挑战机视觉成像系统面部是传统的机器人成像系统的增加，交叉进入自主系统，以及超出相对固定的传送线和机器人设置的许多嵌入式视觉解决方案。
愿景使机器人依赖于成像系统来了解它们在太空中的位置。随着机器人移动到执行任务，恒定的运动会导致像素移位，影响他们知道它们的位置的能力及其准确性。机器视觉也在一条线上的最终包装机器人之外扩展。产品包装并盒装后，视力引导机器人可以运输和装载它们的卡车 - 即使卡车本身也可能是自主车辆，由包括视觉在内的许多传感器引导。
在工厂和仓库，有更多的自主机器人，驾驶或飞行移动产品或检查存储地点。大型配送中心经常携带各种货物，检验和搬运系统处理各种重量、尺寸和包装材料。随着工业机器视觉系统走出典型应用领域，进入自动驾驶汽车，一旦“受控”的环境，无论多么具有挑战性，在许多方面都不再受控制。
埃德蒙光学
Edmundoptics.com
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