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工厂级工业相机
工厂级
测试开始于相机的设计和原型阶段，在此阶段，相机硬件设计需要通过多次压力测试进行验证。在验证阶段，相机个体要经受极端温度、物理冲击、连续和随机振动、电磁噪声、电涌等测试。对于其中一些测试，相机会被被送到经过验证的的第三方实验室，而其他测试则在内部进行。相机同时也需要电磁辐射、电压等级和有害物质方面的国际测试和认证。
一旦验证阶段完成，相机测试将继续在批量生产期间进行单机测试。在这个阶段，所有的相机个体都要经过内部测试。这些测试包括热循环功能测试、进入测试、传感器校准测试和EMVA 1288图像质量测试。所有这些测试确保一个完美的工厂级工业相机能适用于各种工业环境中，比如各种其他机器、设备和电磁干扰存在的情况。
验证测试
验证测试发生在相机原型阶段，在此阶段，原型机会被做功能性测试和可靠性测试。这些测试旨在将相机置于极限情况下，远远超出正常操作时所能遇到的极限。在批量生产开始之前，验证测试有助于查明设计中的任何弱点。从测试中暴露出来的任何弱点都会被调研，并最终重新设计。之后，重新设计的相机被送回并重新测试，直到它通过。
极限温度循环
它是做什么的?
它在一个温控箱中测试相机的温度设计，以应对极端的冷热温度。冷热温度明显高于单机测试期间发生的热冲击测试。在测试过程中，相机会进行循环上电和取像等功能测试。
标准: 目前没有国际标准，但是HALT(高加速寿命测试)用作原型测试的框架。
为什么这很重要?
此阶段有助于在量产开始前识别相机的任何弱点。在测试过程中，会监控相机的任何故障，以便工程师改进和修复任何问题。这种类型的测试有助于减少量产时的任何设计缺陷。
冷热冲击箱
冷热冲击测试箱允许相机在极热和极冷的测试箱中进行测试。相机通过内部平台在两个温室之间快速移动。
物理冲击/冲击/振动(随机)测试
它是做什么的?
它测试相机承受物理冲击(也称为脉冲)的能力。相机安装在一个冲击测试机器(电动振荡器)上，机器沿着X、Y和Z轴产生不同频率和不同强度的脉冲。
随机振动和冲击记录的例子。
电磁振荡器测量并报告试验结果。经过测试，相机在标准操作过程中没有出现物理损坏，图像正常。
标准: IEC / DIN EN 60068-2-27环境试验规程.第2-27部分:试验.试验Ea和导则:冲击
IEC / DIN EN 60068-2-64第2-64部分:试验-试验Fh:振动、宽带随机和引导。
| 测试 | 标准 | 参数 |
|---|---|---|
| 冲击 | DIN EN 60068-2-27 | 每个轴(x/y/z)， 20g, 11ms， +/- 10次冲击 |
| 碰撞 | DIN EN 60068-2-27 | 每个轴(x/y/z)， 20g, 11ms， +/- 100颠簸 |
| 振动(随机) | DIN EN 60068-2-64 | 每个轴(x/y/z)， 4.9g RMS, 15-500Hz, 0.05g2/Hz加速度，每轴30min |
为什么这很重要?
工业机器在一个由许多移动部件组成的复杂系统中工作。安装在运动部件上的相机暴露于方向的突然变化以及意外的冲击。对于机器视觉相机，冲击和振动测试验证了相机的结构设计。这不仅测试了相机内部部件的坚固性，而且还测试了相机的安装设计和镜头安装强度。能够承受冲击和振动的相机在工业制造之外的许多应用中是有益的，如汽车（不平坦的道路）和移动机器人（寻路的碰撞）。
为振动测试准备的LUCID相机。
LUCID相机固定在电动振动器上。这种电动振动器控制冲击和振动的次数和持续时间。相机连接到个人电脑上进行实时监控。仿真镜头也被安装上来模拟真实世界的操作。
振动(正弦)测试
它是做什么的?
它测试相机承受振动谐波模式的能力。这个测试对相机的强度非常大，电动振动器的振动水平足以产生足够大的声音，声音大到需要对耳朵进行保护。电动振动器以10 g峰值(20 g峰对峰)从低到高的谐波频率运行(作用到LUCID相机的频率为58到500 Hz，扫描速率为1倍频/分钟)。这是对X Y Z轴做的。
标准 DIN EN 60068-2-6-2008 环境测试.第2-6部分:试验.试验Fc:振动(正弦)
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| 测试 | 标准 | 参数 |
|---|---|---|
| 振动(正弦) | DIN EN 60068-2-6 | 每轴(x/y/z)， 10-58 Hz: 1.5mm, 58-500 Hz: 10g, 1 oct/min, 1小时52分钟每轴 |
为什么这很重要?
当应用工程师尽力减少场景的振动时，机械、发动机、电动机和其他运动部件总会产生一定程度的振动。旋转的、脉动的或振荡的影响会发出谐波振动。有些谐波振动是恒定的，人眼无法察觉。正弦振动测试可暴露相机设计中由于共振引起的任何弱点。当振动频率与谐振频率相匹配时，设计中的谐振会导致相机承受不成比例的压力。一个易受共振影响的设计例子是PCB上的一个高个组件，它可以像跳水板一样振荡。
扫描速度
在这个测试中，正弦振动频率每分钟上升一个八度。这就是所谓的“扫描速度”
EMC测试(电磁兼容性)
它是做什么的?
测试相机在工业环境中对静电放电和电磁干扰的抗干扰力。相机暴露在电磁噪声、电涌、电压骤降和其他干扰下。这是为了确保在工业环境中使用时，设备将按照预期运行，不会出现故障。
静电放电抗扰
当相机上电和开流时，一个专门的ESD枪被用来在相机的某些点放电。这种测试有可能损坏电子设备并中断数据传输。在下面的例子中，Triton相机的性能并没有受到影响。
标准: IEC / DIN EN 61000-6-2(通用标准-工业环境的抗扰标准)
为什么这很重要?
如果没有适当的EMC工业抗干扰测试，就无法保证机器视觉相机能够经受住工业环境的电磁干扰。这些环境包括各种电机、电力系统和设备，与民用或商用环境相比，它们能产生更大程度的电磁干扰。这种测试确保了相机在运行和开流取图时能够承受更强的电磁场、更高的传导噪声水平、更大的电涌和更强的静电放电。
| EN 61000-6-2 EMC抗扰性究竟测试了哪些? |
|---|
| 射频电磁场抗扰性。(DC和PoE): 80 – 1000MHz @ 10 V/m 1400 – 2000MHz @ 3 V/m 2000 – 2700MHz @ 1 V/m |
| 射频共模(AC及以太网): 0.15–80MHz, 10 VRMS, 3s dwell time |
| 电涌抗扰性(DC和PoE): Up to ±2 kV |
| 电压瞬变-突发抗扰: AC Input: Up to ±2 kV Ethernet Port: Up to ±1 kV |
| 电源端口(DC和PoE)的电压瞬变和短时中断抗扰性: 30%, 60%, 100% Voltage reduction |
| 静电放电抗扰: 50 direct discharges (25 of each polarity) up to ±8 kV for contact and ±15 kV for air |
静电放电和电磁干扰的来源:
EMI电磁干扰测试(电磁干扰)
它是做什么的?
在前面的几页中，我们关注的是相机所能应对的极限。但我们也必须测试和测量相机发射出的东西，特别是电磁场和干扰，在使用时可能会干扰其他设备。一些全球标准限制了这些排放的强度。必须满足这些标准，才能向特定地区的公众出售任何相机和任何电子设备。
标准:IEC / DIN EN 61000-6-3(第6-3部分:通用标准-住宅环境设备的排放标准)，FCC A级(美国商业/工业)，FCC B级(美国住宅)，CE (EMC 2014/30/EU)
为什么这很重要?
设计不良的设备将释放出强烈的电磁干扰，并无法通过合规测试。测试失败可能意味着许多问题-低质量的组件，糟糕的组件排列，缺乏接地，供电效率低下等等。使用符合这些标准的相机有助于验证和优化相机的设计，能耗，并在操作时安全地与其他设备一起工作。
EMI合规符号
FCC和CE标志将被放置在产品标签上或蚀刻，以显示电磁干扰排放的符合性。
单机测试
单机测试是指在批量生产过程中对每台相机进行的质量保证测试。单机测试有助于验证相机功能，性能的一致性，并筛选出任何有缺陷或性能异常的单机。
冷热冲击测试
它是做什么的?
每个相机在温控箱中进行测试，温度在热(上限)和冷(下限)之间交替。设定的上限和下限略高于相机的定义工作温度规范，以确保相机达到正确的极限。功能测试在冷热循环过程中周期运行。功能测试的一些示例包括电源循环(打开/关闭)、持续开取图像流和抓取图像、图像块的CRC检查和信噪比检查。图像位错误也会被检测，并监控功耗水平，以确保它们保持在容忍水平内。这种冷热循环会在数小时内重复几次。
冷热循环测试和监测的例子。
在冷热冲击测试过程中，对相机进行测试和监控。这有助于检测和筛选任何有缺陷的相机。
| 绿点=相机功能测试 |
|---|
| 电源循环(开/关) |
| 图像流 |
| 图像块CRC |
| 信噪比 |
| 位错误 |
| 功耗 |
标准: 没有，但是HASS(高加速压力筛选)被用作单机测试的框架。
为什么这很重要?
温度循环有助于在到达用户之前筛检出有缺陷的相机。它还确保每个相机能在定义的工作温度内正常运行，没有任何问题。
EMVA1288图像质量阈值测试(图像性能测试)
它是做什么的?
每台相机都在一个基于EMVA 1288标准(EMVA:欧洲机器视觉协会)的平场光设备上测试图像质量。测试结果必须达到质量水平可接受的公差范围内。测量了时间暗噪声、饱和容量、光响应不均匀性、暗场信号不均匀性和线性误差。
标准: EMVA标准1288–图像传感器和相机的特性化标准。摄像机的特性。
为什么这很重要?
它确保同一型号的摄像机单元在各单元之间具有一致的图像质量性能。任何达不到图像质量阈值的单元都会被移除并送去做进一步测试。此外，几乎所有的相机制造商都根据EMVA 1288标准进行图像质量测试。这使得用户可以查看不同相机传感器之间和多个相机制造商之间的一套标准化的图像质量结果。
| 举例说明Triton 5.0MP的测试标准 |
|---|
| 颞暗噪声: 小于2.4 e- |
| 饱和容量: 大于9500e – |
| 光子响应不均匀性: 不到3% |
| 暗场信号不均匀性: 小于1.5 e- |
| 线性误差 不到1% |
GPIO信号测试
它是做什么的?
对GPIO输入和输出信号进行正确的电压阈值测试。适当的电压信号被发送到相机，以触发正确的图像抓取。
标准: 无，然而，Triton、Atlas IP67和Helios2支持24V PLC逻辑电平，允许在嘈杂的工业环境中使用更高的电压信号。
为什么这很重要?
机器视觉相机通常与工厂的其他设备一起使用。这些设备会同步触发相机，或者反过来，相机触发外部设备。对于输入信号，重要的是可以将相机设置为接收较高的触发阈值电压，因为工业环境会由于较高的电噪声水平而导致误触发。考虑到这一点，Triton和Helios2相机包含一个可调节的阈值，可以在复杂环境中被可靠的触发。
主动光学校准
传感器到安装法兰的校准测试
它是做什么的?
测量传感器倾斜，图像中心到镜头座和后截距(BFD)。
传感器倾斜导致传感器平面上焦点的差异。
有时镜头筒可能会稍微偏离中心，可能会使图像角落变暗。
偏离规格的传感器旋转会增加相机安装的复杂性。
标准: 无，然而，传感器放置阶段的主动传感器(光学)校准实时测量位置，以确保每个相机传感器的正确放置。
为什么这很重要?
与传统的机械传感器放置(使用垫片和被动放置技术)不同，主动光学校准确保传感器放置正确地对准镜头筒。这对于整个传感器平面从中心到边缘清晰和锐化的成像至关重要。这也保证了相机个体之间一致的图像质量，允许应用工程师使用相机时可以自信设计应用场景而不必担心相机个体之间的差异。
Active Sensor Alignment Device
In this image, a Triton unit is having the sensor aligned and fixed on to the lens barrel of the camera.
IP67测试(灰尘和水进入测试)
它是做什么的?
它可以测试相机外壳对灰尘和水入侵的防护能力。水压和水浸试验会被进行。
标准:IP67 (IEC standard 60529)规定相机必须无灰尘进入(防尘)和防水深度达1米(3英尺3英寸)30分钟。
为什么这很重要?
对于任何电子设备来说，灰尘和湿气都会产生非常有害的影响。这在使用切割、刮擦和清洗产品的机器工业环境中更加明显。例如，水果和蔬菜加工厂会从土壤中带来灰尘颗粒以及从水喷雾中带来水分。为了保持可靠的相机操作，选择IP67相机是很重要的。此外，尽管外部IP67外壳已经出现了一段时间，但将IP67保护内置到相机中，可以更好地利用应用空间。不需要额外的IP67外壳，应用程序设计人员可以构建一个更紧凑的系统，减少组装时间，更容易维护。
渗透测试。
所有Triton, Altas IP67，和Helios2相机都经过IP67进水测试。
Triton IP67 GigE, Atlas IP67 5GigE, Helios2 3D ToF相机
并非所有的机器视觉相机都能承受工业和工厂的恶劣环境。虽然许多相机制造商可能会说，他们的相机已经为全天候工业运行做好了准备，但必须首先通过适当的测试和报告来满足某些条件和标准。在不同的相机制造商中，从大量的相机规格中筛选可能会耗费大量时间，因此，在选择一款出厂严格的相机时，最大的挑战是知道正确的测试标准是什么，以及它们意味着什么。本技术概要概述了这些测试，虽然它没有详尽列出所有可用的潜在测试(如医疗或军事用途)，但它介绍了最常见的测试和专门为工业环境设计的相机规格。
LUCID利用其在机器视觉相机设计方面的丰富经验，提供了工厂级强度的工业相机。特别是，Triton、Atlas IP67和Helios2相机通过了EMC工业防护、冲击和振动认证，以及IP67防尘和防水认证，适用于严苛的工业环境使用。通过创建能够承受工业使用挑战的创新型相机，LUCID使视觉应用设计师能够为他们的客户构建最健壮和持久的视觉应用程序。
Triton IP67 GigE 相机
Triton相机将标准的29 x 29毫米机器视觉相机推向了一个新的水平。Triton的电子元器件被封装在一个密封的两片铝制外壳中，由4个M2的螺丝固定。所有Triton相机的图像传感器都使用LUCID的6轴主动光学校准系统，以获得卓越的光学清晰度。M12以太网连接器和M8 GPIO连接器提供坚固的连接，抗冲击和振动。如果需要更多的防护，可选的IP67镜头套筒可以附加在相机上进行防尘和防水操作，消除了外部外壳的需要。Triton相机的工作温度范围很宽，从-20°C到55°C。且只有67克和29 x 29毫米，可轻松适应任何环境。
Atlas IP67 5GigE 相机
Atlas IP67是一款兼容GigE Vision和GenICam的相机，能够实现600MB /s的数据传输速率(5Gbps)，允许在长达100米标准铜质以太网电缆上进行高分辨率和高帧率传输。它采用Sony Pregius传感器与主动光学校准，具有卓越的光学性能。5Gbase-T (5GigE)以太网接口比千兆以太网快5倍，比USB3.1 Gen1快50%，可支持长达100米普通铜质以太网电缆。Atlas支持PoE (Power over Ethernet)，简化系统集成，降低成本。而且尽管体积小巧，Atlas IP67系列运行时不需要大型散热器或风扇。5GigE Atlas实现了更快的帧率、小尺寸和卓越的性价比。
Helios2 3D ToF 相机
新一代的飞行时间采用索尼的深度感传感器。Helios2 ToF 3D相机是为工业环境中的高性能操作而设计的。为苛刻的全天候使用环境和各种工业3D应用所设计，如机器人、3D检测和物流，包括先进的材料处理、抓取和放置、分拣、拆码垛、体积估计等。与之前的Helios相比，Helios2提供了亚毫米的精度和更高的准确度。VCSELs和传感器时序之间的校准得到了增强，从而具有更丰富的3D细节，同时改进了边缘检测效果，以减少飞行像素和整体噪声。