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Factory Tough™ 相机，专为工业应用设计与制造
Factory Tough
相机测试从设计与样机阶段就已开始。此阶段会通过多种应力测试对硬件设计进行验证。在验证阶段，相机会接受极端温度、物理冲击、连续与随机振动、电磁噪声、电源浪涌等多项测试。部分测试会送往具备资质的第三方实验室完成，其余测试则在内部实验室进行。相机还需要通过并取得相关国际合规认证，覆盖电磁发射、工作电压等级以及有害物质限制等要求。
完成验证阶段后，进入批量生产阶段的“单机测试（Unit Testing）”。在该阶段，每一台相机都会进行内部质量测试，包括温度循环功能测试、防护等级（Ingress）测试、传感器对准测试，以及基于 EMVA 1288 的图像质量测试。这些测试共同确保相机在工业现场复杂的设备系统与电磁干扰环境中依旧可靠运行，真正达到工厂级耐用标准。
验证测试
验证测试发生在相机样机阶段，用于验证样机功能是否正常以及结构设计是否足够稳健。这些测试会将相机推到极限工况，远超日常运行可能遇到的范围。验证测试可以在量产启动前定位设计薄弱点。一旦测试暴露问题，就会触发失效分析并推动结构或电路重新设计。改版后的相机将再次送测并循环验证，直到满足通过标准。
极端温度循环
它测什么？
在恒温箱（热箱）内以极端高温与低温对相机设计进行考核。此处的冷热极限通常明显高于单机测试中的热冲击条件。测试过程中，相机会在不同温区反复执行功能验证，例如电源循环（Power Cycling）与连续图像传输（Streaming）等。
标准： 无强制标准，但通常会参考 HALT（Highly Accelerated Life Testing，高加速寿命测试）框架用于样机验证。
为什么重要？
该阶段用于在量产之前发现相机潜在薄弱环节。测试期间会持续监控是否出现故障，工程师据此改进设计并修复问题，降低设计缺陷进入量产型号的风险。
热冲击箱（Thermal Shock Chamber）
热测试箱可在极端高温与低温环境下对相机进行测试。相机会通过内部平台在冷热腔之间快速切换。
冲击 / 碰撞 / 随机振动测试
它测什么？
验证相机承受物理冲击（也称脉冲）的能力。相机会安装在冲击测试设备（电动振动台 / Electrodynamic Shaker）上，在 X、Y、Z 三个轴向施加不同频率与强度的脉冲。
随机振动与冲击记录示例
电动振动台会测量并输出测试结果。测试结束后，相机无明显物理损伤，且在标准运行条件下图像输出正常。
标准： IEC / DIN EN 60068-2-27 环境试验 第2-27部分：试验 Ea（冲击）及指南；IEC / DIN EN 60068-2-64 第2-64部分：试验 Fh（宽带随机振动）及指南。
| 测试项 | 标准 | 参数 |
|---|---|---|
| 冲击（Shock） | DIN EN 60068-2-27 | 每轴（X/Y/Z），20g，11ms，±10 次冲击 |
| 碰撞（Bump） | DIN EN 60068-2-27 | 每轴（X/Y/Z），20g，11ms，±100 次碰撞 |
| 振动（随机） | DIN EN 60068-2-64 | 每轴（X/Y/Z），4.9g RMS，15–500Hz，0.05g²/Hz，加速度谱密度，每轴 30 分钟 |
为什么重要？
工业设备通常处于由大量运动部件构成的复杂系统中。安装在运动机构上的相机不仅会经历方向突变，还可能遭受意外碰撞。对机器视觉相机而言，冲击与振动测试用于验证结构强度与安装设计的可靠性，既考核相机内部器件的抗冲击能力，也验证机身安装结构与镜头接口强度。具备良好抗冲击与抗振动能力的相机，不仅适用于工业制造，也适用于汽车（颠簸路面）、移动机器人（避障碰撞）等场景。
振动测试准备中的 LUCID 相机
相机固定在电动振动台上。振动台可精确控制冲击与振动的强度及持续时间。相机连接到 PC 进行实时监控，并安装“假镜头”以模拟实际工况。
正弦振动测试
它测什么？
验证相机承受谐波（正弦）振动的能力。该测试强度较高，振动台工作时噪声可能需要佩戴听力防护。以 LUCID 相机为例，振动台会在 58–500 Hz 范围内从低到高扫频（扫频速率为每分钟 1 个八度），峰值加速度 10 g（峰-峰值 20 g），并对 X、Y、Z 三个轴向分别测试。
标准： IEC / DIN EN 60068-2-6 环境试验 第2-6部分：试验 Fc（正弦振动）。
| 测试项 | 标准 | 参数 |
|---|---|---|
| 振动（正弦） | DIN EN 60068-2-6 | 每轴（X/Y/Z），10–58 Hz：1.5 mm；58–500 Hz：10 g；1 oct/min；每轴 1 小时 52 分钟 |
为什么重要？
即便应用工程师尽力降低系统振动，机械设备、发动机、电机等运动部件仍会产生一定振动。旋转、脉动或往复力会产生谐波振动，其中部分谐波可能长期存在且肉眼难以察觉。正弦振动测试可暴露设计中的共振薄弱点：当外部激励频率与结构固有频率吻合时，会产生不成比例的应力放大，从而导致器件或结构失效。例如 PCB 上较高的元件就可能像“跳板”一样发生摆动，成为共振敏感点。
扫频速率（Sweep Rate）
该正弦振动测试以每分钟上升 1 个八度的速度扫频，这就是“扫频速率”。
EMC 测试（电磁兼容）
它测什么？
验证相机在工业环境下对静电放电（ESD）与电磁干扰（EMI）的抗扰度。测试会让相机暴露在电磁噪声、电源浪涌、电压跌落等干扰条件下，确保设备在工业现场仍能按预期工作且不会失效。
静电放电抗扰度
在相机上电并持续输出图像时，使用专用 ESD 枪在机身特定位置施加放电。该测试可能损坏电子元件或中断数据传输。下方示例中，Triton 相机在测试后性能未出现退化。
标准： IEC / DIN EN 61000-6-2（通用标准 – 工业环境抗扰度标准）
为什么重要？
若未进行完善的工业级 EMC 抗扰度测试，就无法保证机器视觉相机能在工业现场电磁干扰下稳定工作。工业环境包含多种电机、供电系统与设备，其电磁干扰水平显著高于家用或商业环境。该测试确保相机在保持工作与持续传输图像的同时，能承受更强电磁场、更高传导噪声、更大的电源浪涌以及更强的静电放电。
| EN 61000-6-2 工业抗扰度具体测什么？ |
|---|
| 射频电磁场抗扰度（DC 与 PoE）： 80–1000MHz @ 10 V/m 1400–2000MHz @ 3 V/m 2000–2700MHz @ 1 V/m |
| 射频共模（交流电源与以太网）： 0.15–80MHz，10 VRMS，驻留 3s |
| 浪涌抗扰度（DC 与 PoE）： 最高 ±2 kV |
| 电快速瞬变（EFT/Burst）抗扰度： AC 输入：最高 ±2 kV 以太网口：最高 ±1 kV |
| 电压跌落与短时中断抗扰度（DC 与 PoE 供电端口）： 30%、60%、100% 降压 |
| 静电放电（ESD）抗扰度： 直接放电 50 次（正负各 25 次），接触放电最高 ±8 kV，空气放电最高 ±15 kV |
静电放电与电磁干扰常见来源：
EMI 测试（电磁发射）
它测什么？
前面主要关注相机“能承受什么极限”。但我们也需要测试并量化相机“会发射什么”，尤其是工作时可能对其他设备造成影响的电磁场与骚扰。全球各地区都有法规与标准限制电磁发射强度。相机以及各类电气设备在特定区域上市销售前，必须满足这些发射限值要求。
标准： IEC / DIN EN 61000-6-3（通用标准 – 居住环境设备的发射标准）、FCC Class A（美国商用/工业）、FCC Class B（美国居住环境）、CE（EMC 2014/30/EU）
为什么重要？
设计不佳的设备会产生较强 EMI，从而导致合规测试失败。失败通常意味着多方面问题，例如器件质量不足、器件布局不合理、接地设计不完善、电源效率低等。满足这些标准可验证相机设计的工程质量，说明其在功耗、抗干扰与与其他设备协同工作方面更优化、更安全。
EMI 合规标识
FCC 与 CE 标识通常会标注在产品标签上或蚀刻在机身上，用于表明产品满足电磁发射合规要求。
单机测试
单机测试是指在批量生产过程中，对每一台相机逐台执行的质量保证测试。其目的在于验证一致的功能与性能，并筛除存在缺陷或性能异常的个体。
热冲击测试
它测什么？
每台相机会在热箱内进行测试，在高温（上限）与低温（下限）之间交替循环。上下限会略高于/低于相机标称工作温度范围，以确保达到设定极限。温度循环过程中会周期性运行功能测试，例如电源循环（开/关）、持续图像传输与采集、图像 Chunk CRC 校验、信噪比（SNR）检查等。同时会检测比特错误（Bit Error），并监测功耗是否保持在容差范围内。整个温度循环会在数小时内重复多次。
温度循环测试与监控示例
在温度冲击/循环测试过程中，相机会被持续测试与监控，用于发现并筛除缺陷个体。
| 绿色圆点 = 相机功能测试点 |
|---|
| 电源循环（开/关） |
| 图像传输（Streaming） |
| 图像 Chunk CRC |
| 信噪比（SNR） |
| 比特错误（Bit Errors） |
| 功耗（Power Consumption） |
标准： 无强制标准，但通常会参考 HASS（Highly Accelerated Stress Screening，高加速应力筛选）框架用于单机测试。
为什么重要？
温度循环有助于在产品交付前筛除缺陷机，同时确保每台相机都能在标称工作温度范围内稳定运行。
EMVA 1288 图像质量阈值测试（图像性能测试）
它测什么？
每台相机都会在均匀平场光源装置上进行测试，依据 EMVA 1288 标准（EMVA：European Machine Vision Association，欧洲机器视觉协会）量化图像质量。测试结果必须达到规定的质量门限并处于可接受容差范围内。测试会测量暗噪声（Temporal Dark Noise）、饱和容量（Saturation Capacity）、光响应非均匀性（PRNU）、暗信号非均匀性（DSNU）以及线性误差（Linearity Error）等指标。
标准： EMVA Standard 1288 – 图像传感器与相机表征标准。
为什么重要？
确保同型号相机在不同个体之间具备一致的图像质量表现。任何未达到图像质量阈值的相机会被剔除并进入进一步分析。此外，几乎所有相机厂商都会基于 EMVA 1288 进行图像性能测试，用户可据此在不同传感器与不同厂商之间对比一套标准化的图像质量结果。
| Triton 5.0MP 示例测试门限 |
|---|
| 暗噪声（Temporal Dark Noise）：小于 2.4 e- |
| 饱和容量（Saturation Capacity）：大于 9500 e- |
| PRNU（光响应非均匀性）：小于 3% |
| DSNU（暗信号非均匀性）：小于 1.5 e- |
| 线性误差（Linearity Error）：小于 1% |
GPIO 信号测试
它测什么？
对 GPIO 输入/输出信号的电压阈值进行验证。通过向相机输入符合规范的触发电压，确认相机能可靠触发并完成图像采集。
标准： 无；但 Triton、Atlas IP67 与 Helios2 支持 24V PLC 逻辑电平，可在电噪声较强的工业环境中实现更可靠的高电压信号触发。
为什么重要？
机器视觉相机通常需要与产线设备联动，同步方式要么由外设触发相机，要么由相机触发外设。对于输入触发信号，工业现场电噪声更高，若触发阈值过低容易产生误触发。因此相机具备更高触发阈值能力非常关键。为此，Triton 与 Helios2 相机提供可调触发阈值（adjustable threshold），以提升噪声环境下的触发可靠性。
主动式传感器对准（Active Sensor Alignment）
传感器与镜头法兰对准测试
它测什么？
测量传感器倾角（Tilt）、成像中心相对镜头接口的偏移，以及后焦距离（BFD）。
传感器倾角会导致传感器平面不同区域的焦点位置不一致。
镜筒可能存在轻微偏心，从而造成画面角落变暗（暗角）。
传感器旋转角度超差会增加相机安装与标定的复杂度。
标准： 无；但在传感器装配阶段进行主动式（光学）对准，可实时测量装配位置，确保每台相机传感器与镜头组件的对准一致性。
为什么重要？
相比使用垫片（Shims）与被动装配的传统机械定位方式，主动式传感器对准可确保传感器相对镜筒实现精确对齐。这对于获得从画面中心到边缘都清晰锐利的成像至关重要，同时也带来更一致的单机一致性。应用工程师在系统设计阶段即可更放心地选用相机，无需为每台设备做额外的相机位置微调。
主动式传感器对准设备
图中为 Triton 相机进行传感器对准并固定到镜筒的工序。
IP67 测试（防尘与防水侵入）
它测什么？
验证相机外壳对粉尘与水的防护能力，包括压力测试与浸水测试。
标准： IP67（IEC 60529）要求设备完全防尘（Dust Proof），并可在 1 米水深（约 3 英尺 3 英寸）浸水 30 分钟无进水。
为什么重要？
对任何电气设备而言，粉尘与湿气都可能造成严重损害。在工业环境中这种风险更高，例如切割、打磨、冲洗等工艺会产生大量粉尘与水雾。以果蔬加工为例，土壤带来的粉尘颗粒与喷淋带来的水分非常常见。要保证相机可靠运行，选择 IP67 相机至关重要。相比外置 IP67 防护罩，把 IP67 直接集成到相机本体还能更高效利用安装空间。无需额外防护罩，系统可做得更紧凑，装配时间更短，维护也更方便。
防护侵入测试
所有 Triton、Atlas IP67 与 Helios2 机型都会进行 IP67 防水侵入测试。
Triton/Triton2/Triton10 IP67 GigE、Atlas/Atlas10 IP67 5GigE、Helios2 3D ToF 相机
并非所有机器视觉相机都能在严苛的工业工厂环境中长期稳定运行。许多厂商可能会宣称其相机适用于 24/7 工业连续运行，但在此之前必须通过规范的测试并形成可追溯的报告，以满足特定标准与判据。由于不同厂商规格书信息庞杂、表述差异较大，工厂级耐用相机选型的最大挑战，往往在于理解“应该看哪些测试标准，以及这些标准意味着什么”。
本技术简报旨在对上述测试进行概览。它并非穷尽所有可选测试项目（例如医疗或军工领域还可能有更多专项测试），但会介绍面向工业环境最常见的一组测试与相机规格。
LUCID 结合多年机器视觉相机设计经验，打造了真正的工厂级耐用相机。以 Triton、Atlas IP67 与 Helios2 为例，这些产品通过了 EMC 工业抗扰度、冲击与振动认证，以及 IP67 防尘防水防护。通过持续创新并将工业级可靠性融入产品设计，LUCID 帮助视觉应用设计者为客户构建更稳健、更持久的机器视觉系统。