相机保护装置设计
在极端环境中使用相机时，高温、低温、焊渣飞溅等因素会对相机造成损伤，影响相机的成像效果使用寿命。为解决上述问题，可为相机安装保护装置。本文将针对焊接、高温、低温场景，分别介绍如何设计相机保护装置。
焊接、高浓度粉尘场景
问题分析
在焊接、高浓度粉尘场景中，由于相机长时间暴露，导致相机本体和镜头积累大量焊渣、粉尘和飞溅物，最终对相机成像和点云质量产生影响。
如下图所示，为某项目现场相机在附着焊渣前后两次获得的点云情况对比，由图可知，右图点云质量明显下降。
方案设计
方案一：粘贴钢化膜
在焊接、高浓度粉尘场景中，常见的相机保护措施是为相机镜头粘贴钢化膜。
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钢化膜技术参数：
技术参数 值 折射率
1.51
软化时的温度
820 ℃
抗弯强度
1.542
膨胀系数
0.035%~0.055%
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钢化膜厚度影响：
选择钢化膜时，需注意钢化膜厚度对相机的影响，不同厚度的钢化膜对相机产生的影响不同，具体说明如下表所示。通过多次测试，钢化膜的厚度以 0.22 mm~0.33 mm 为宜。
较厚的钢化膜 较薄的钢化膜 -
焊接作业时，钢化膜边缘易堆积焊渣。
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粘贴钢化膜时，极易导致钢化膜与相机镜片之间产生气泡，且无法手动将气泡挤出，最终形成水纹印迹。
保护效果较差，但点云质量较高。
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注意事项：
实际生产中，应根据生产作业节拍定期更换钢化膜。不推荐使用更换整个镜片的方式来解决镜头前焊渣或粉尘积累问题（如下图所示），原因如下：
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频繁拆卸镜片可能导致固定镜片的螺栓松动或脱落。
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与相机组装环境相比，现场环境复杂，在现场反复拆卸相机可能使相机内部收到灰尘污染，影响相机的使用寿命和点云质量。
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方案二：使用半封闭式相机保护罩
半封闭式相机保护罩使用活动铰链连接保护罩底部（相机镜头处）和保护罩侧壁，拍照时打开保护罩，拍照结束后关闭保护罩，以确保在焊接作业和粉尘环境下，相机不受粉尘、焊渣等影响。
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设计要点：
设计半封闭式相机保护罩时，应注意以下事项。
注意事项 说明 图示 易于拆卸、安装和维修
确保方便人工观察相机指示灯，且易于操作调节阀、开关。如右图所示，1、3 为磁性开关窗口，2 为调速阀窗口。
密封
对于铰链、过线处以及过气处等部分，需特别考虑密封，以增强保护壳的防护和密封性能。
包裹防护衣
在某些环境较恶劣的场景，应考虑在相机保护罩外包裹防护衣，可根据现场温度或客户要求选择防护衣材质。
定期维护
相机保护罩在使用一段时间后，需定期维护，清理焊渣和粉尘。如果发生腐蚀现象，需进行更换。
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线缆敷设要点：
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对于 EIH 安装方式的相机，可根据实际情况综合考虑相机线缆及保护罩线缆，实现统一设计和布局。
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相机、气缸、线缆等可采用定制的阻燃管线包进行保护，最好选用侧面开合形式的管线包，以便安装和维护。
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如需使用平衡吊，应确保相机线缆管线包受力均匀，减少与其他管线的碰撞与摩擦，同时还应方便安装和维护。
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为方便拆卸和维护，可考虑采用航插插头，以实现气缸信号线的快速更换和维修。
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方案三：使用全封闭式相机保护罩
在恶劣的环境下，可考虑采用全封闭式相机保护罩。该保护罩由钣金制成，可形成密封的空间，为相机提供封闭、独立的环境。
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设计要点：
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为提高相机保护罩的使用寿命，可考虑将底部设计为抽屉式，以便更换。如下图所示，1、2 为抽屉式结构，3 为紧固件。
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为减小相机保护罩对相机成像的影响，玻璃窗设计和安装应注意以下几方面。
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玻璃窗尽量靠近相机窗口。
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玻璃窗表面应尽可能与相机窗口平行。
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玻璃窗装配和使用过程中应避免受力变形。
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应选择高平整度平板玻璃作为玻璃窗，同时选用的玻璃还需满足如下表所示要求。通过多次测试，推荐使用成都光明生产的 K9 和 H-K9L（环保 K9）、德国 Schott 生产的 BK7 和 N-BK7（环保 BK7）型号玻璃。
技术参数 值 厚度
1~3 mm（在玻璃平整度高的前提下，尽量选用厚度较薄的玻璃）
折射率
1.52
阿贝数
64.2
镀膜
双面 AR 镀膜（可见光透过率大于 98.5%）
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高温场景
在高温场景中，设计相机保护装置时应注意增加相机外表面空气流速，或涡流管制冷。下文将分别对上述两个设计要点进行介绍。
增加相机外表面空气流速
该设计适用于温度相对较低（相机周围热空气辐射为 40 ℃ 左右）、相机周围通风良好的场景。在实际项目中，通常使用风刀或气嘴、抽风风扇+温控开关来增加相机外表面空气流速。
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风刀或气嘴
风刀或气嘴可将压缩空气直接吹向相机表面，实现降温效果。常用的风刀和气嘴如下图所示。
使用风刀或气嘴增加相机外表面空气流速的优缺点如下表所示。
优点 缺点 成本低，易实现。
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现场需提供压缩空气，且对压缩空气有一定的要求，例如去水、滤油，且灰尘过滤精度需在 40 微米左右。
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耗气量较高，维护成本高。
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使用时噪音较大。
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抽风风扇+温控开关
温控开关可感应相机外表温度，当温度超过设定阈值时将触发风机工作，增加相机表面空气对流，达到散热降温的目的。具体结构如下图所示，其中 1、3 为抽风风扇，2 为温控开关。
使用抽风风扇+温控开关增加相机外表面空气流速的优缺点如下表所示。
优点 缺点 -
降低使用、维护成本。
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无需提供压缩气体。
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降温效率受周围环境温度影响。
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成本相对较高。
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使用涡流管制冷
该设计适用于温度较高、密闭的场景，特别是对相机造成强烈热辐射，相机自身被动散热功能无法满足散热要求，导致相机温度超过 45 ℃ 的场景。
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工作原理：
涡流管产生冷风，将其吹向相机表面，然后装置内的温控器控制涡流管的启停，使温度大致维持在设定值。
相机保护罩如下图所示，其中 1 为底板，2、3、6 为橡胶垫片，4 为温控器，5 为涡流管，7 为上壳。
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设计要点：
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在强烈热辐射场景中，建议采用双层形式来设计隔热罩，中间部分填充隔热材料，例如玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐、气凝胶毡、真空板等，以提高隔热效果。
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为解决保护罩表面及相机外壳产生冷凝水的问题，可在保护罩内增设风扇，以改善表面温差，避免湿气凝结。
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