机器人红外视觉系统光机设计.pdf

本文主要探讨了机器人红外视觉系统的设计，特别是在光机设计方面的考量和实现。机器人红外视觉系统因其全天候监控、远距离探测以及抗电磁干扰的优势，在机器人视觉应用中日益重要。为了降低成本、减小体积和重量，通常选用高性能的非制冷红外探测器。 在光学系统设计上，采用了五片镜透射式结构，以实现较高的光学透过率和良好的成像质量。通过优化曲率、间距和材料等参数，能够在高低温环境下补偿离焦和色散问题。无热化设计是确保系统在宽温范围内保持稳定像质的关键，文章提到了两种方法：机电主动式和光学被动式。前者因空间需求大和可靠性问题，不适用于小型机器人系统；而光学被动式则通过不同材料的组合来抵消温度影响，适合小型化、轻量化的需求。设计中选择了光学被动补偿方式，确保了在-40℃至60℃的温度范围内，光学系统的像质变化不大。 在光机结构设计中，为了满足被动无热化设计，结构件的尺寸稳定性至关重要。选用低膨胀合金材料DP2，以保证在温度变化下尺寸变化不超过0.03mm。此外，结构设计还包括薄壁镜筒以减轻重量，并采用消光齿纹减少杂光，确保装配精度。探测器可以通过调整来补偿加工和装配误差，以达到最佳成像效果。 测试结果显示，该系统具有优良的光学性能，NETD(噪声等效温差)为45mk，MRTD(最小可分辨温差)为350mk，证明了其高分辨率和温度敏感性。在4km的目标成像测试中，目标清晰可见，具有良好的信噪比，证明了其远距离探测能力。 总结来说，本文详细介绍了机器人红外视觉系统的光学设计和结构设计，包括选择适当的光学元件、无热化技术的应用，以及结构的优化，确保了系统的高性能和适应各种环境的能力。通过实验验证，该系统在红外探测方面表现出色，适用于机器人视觉系统的需求。