CN103616791A - 一种镜头隔热冷却及温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种镜头隔热冷却及温度控制装置属于高温物体测量领域，特别涉及一种高温环境下镜头隔热冷却及温度控制装置。该装置采用被动隔热装置与主动冷却装置相结合的方式进行温度控制，被动隔热装置由滤波片、转接口、转接口连接螺钉、隔热罩、金属箔片组成。主动冷却装置由贴片式温度传感器、风扇连接螺钉、冷却风扇、温度控制器、信号线、控制线组成。该装置可以显著地降低高温热辐射及相机发热对镜头造成的热影响，还可以通过温度控制部分保证镜头在稳定的温度下工作。消除了镜头由温度变化带来的影响，有效地保证了系统的测量精度不会下降，提高了测量系统的鲁棒性，确保测量系统可以在高温恶劣工况下长时间稳定运行。

Description

一种镜头隔热冷却及温度控制装置

技术领域

本发明属于高温物体测量领域，特别涉及一种高温环境下镜头隔热、冷却及温度控制装置。

背景技术

大型高温锻件几何尺寸在线精确测量是实现大型锻件高效、精确加工的重要保障。双目视觉测量系统具有结构简单，测量速度快，测量精度较高等优点，常用于大型锻件的尺寸测量。通常锻件现场的高温锻件均伴有强烈的热辐射，而测量系统镜头表面材质的吸收率较高，在此环境工作时会吸收锻件辐射出的大量电磁波导致镜头温度迅速升高；同时相机长时间工作时内部发热量较大，这部分热量会直接传导给镜头，使镜头处于一个不均匀的温度场中，导致镜筒和镜片等部件温度变化不均匀。镜筒受热膨胀后，对镜头成像质量产生的主要影响是离焦，而镜片产生的主要影响除离焦外还有球差、倾斜、彗差、畸变和象散。其中离焦和畸变直接导致视觉测量系统内参数发生改变，导致原有的标定结果无法应用于现场的测量，因此需要在测量时需要不断校正测量系统内参数，测量系统鲁棒性变差；其他像差会造成镜头成像质量的下降，导致拍摄的图片中特征信息的提取误差增大。因此在高温环境下，需要保证双目视觉测量系统中的镜头在温度稳定的环境下工作，从而消除镜头温度变化对测量系统造成的影响。

公开号为CN101303442A的发明专利《具有温度补偿机构的镜头模组》通过在镜头内部内置一个连接于镜筒与镜座之间的补偿片，并利用补偿片的膨胀变形效应达到对镜头模组进行温度补偿的目的。公开号为CN102375224A的发明专利《变焦镜头与其温度补偿方法》原理与鸿富锦公司类似，也是通过将一个补偿片内置于变焦镜头中，根据温度以补偿镜片沿着光轴进行位移以补偿焦距偏差。

目前常见的几种镜头温度补偿的方法主要是解决镜头温升造成的焦距变化，并没有考虑镜头温度不均匀对成像质量的影响。而且上述补偿方法均通过在镜头内部内置补偿镜片实现温度补偿，不易通过后期改造的方法实现，因此需要一种新的温度补偿机构解决上述问题。

发明内容

本发明主要解决的技术难题是在大型锻件几何尺寸在线测量过程中，针对摄像机镜头在高温锻造现场受热变形后导致测量系统精度下降，鲁棒性变差的问题，发明了一种高温环境中镜头隔热、冷却及温度控制装置，该装置由隔热部分和冷却及温度控制部分组成。隔热部分由高反射率金属箔片和低热导率隔热罩组成，隔绝了镜头与外部高温环境的热量交换。冷却及温度控制部分采用温度传感器实时测量镜头表面的温度并将测量结果反馈给温度控制器，温度控制器根据镜头温差大小实时调整冷却风扇的工作状态，实现镜头温度的实时控制。

本发明采用的技术方案为：一种镜头隔热冷却及温度控制装置，其特征在于，采用被动隔热装置与主动冷却装置相结合的方式进行温度控制；

所述的被动隔热装置由滤波片2、转接口3、转接口连接螺钉4、隔热罩5、金属箔片6组成；镜头7和CCD相机9通过相机连接螺钉11安装在隔热罩5内的底座10上，底座10粘接在隔热罩5下表面，在隔热罩5的外表面粘贴一层金属箔片6，滤波片2粘贴在转接口3上，转接口3通过转接口连接螺钉4安装在隔热罩5前端；

所述的主动冷却装置由贴片式温度传感器8、风扇连接螺钉12、冷却风扇13、温度控制器14、信号线15、控制线16组成；在镜头7表面粘贴多个贴片式温度传感器8，贴片式温度传感器8与温度控制器14通过信号线15相连，冷却风扇13通过风扇连接螺钉12安装在隔热罩5后端，温度控制器14与冷却风扇13通过控制线16相连。

本发明的显著效果是:该装置不仅可以显著地降低高温热辐射及相机发热对镜头造成的热影响，而且可以通过温度控制部分保证镜头在稳定的温度下工作。消除了镜头由温度变化带来的影响，不仅有效地保证了系统的测量精度不会下降，而且还提高了测量系统的鲁棒性，确保测量系统可以在高温恶劣工况下长时间稳定运行。

附图说明

图1是镜头隔热冷却及温度控制装置的工作示意图，其中：1-高温锻件，a-辐射电磁波，b-反射电磁波，c-冷却空气进气口。

图2是镜头隔热冷却及温度控制装置图，其中：2-滤波片，3-转接口，4-转接口连接螺钉，5-隔热罩，6-金属箔片，7-镜头，8-贴片式温度传感器，9-CCD相机，10-底座，11-相机连接螺钉，12-风扇连接螺钉，13-冷却风扇，14-温度控制器，15-信号线，16-控制线。

具体实施方案

结合附图详细说明本发明的具体实施方式：

参照图1和图2，金属箔片6和滤波片2受到图1中高温锻件1发出的辐射电磁波a的照射。由高反射率隔热材料铝箔制成的金属箔片6作为外部热反射层将大量热辐射电磁波反射回去。图1中反射电磁波b占金属箔片6受到辐射电磁波总量的90%以上，只有少量的电磁波被金属箔片6吸收转变为热量。滤波片2为低通滤波片，只有可见光波长较短的电磁波可以通过滤波片2用于成像，而可见光波长较长部分和红外光区这两个热辐射能较强的波段将被滤波片2通过反射的方式滤除，避免大量电磁波进入镜头7。

虽然滤波片2和金属箔片6吸收的热辐射能量只占总辐射能10%左右，但滤波片2和金属箔片6的温度依然会有小幅上升。为避免滤波片2和金属箔片6与镜头直接接触产生热传导，因此将金属箔片6粘贴于隔热罩5外表面；滤波片2粘贴在转接口3上，而转接口3通过转接口连接螺钉4安装在隔热罩5前端。由低热导率隔热材料聚氨酯板制成的隔热罩5作为内部隔热层，可以有效地隔绝金属箔片6和滤波片2温度变化对镜头7造成的影响。

上述被动隔热装置有效地减小了高温锻件1的热辐射对镜头7带来的热干扰，然而CCD相机9在工作时产生的热量对镜头7带来的影响无法用被动隔热的办法消除，因此在现有被动隔热的基础上结合主动冷却的方式实现镜头7的温度控制。此处采用空气冷却的方式带走镜头7和CCD相机9多余的热量，使镜头7在一个稳定的温度下工作。

从图1中可以看到滤波片2和隔热罩5之间留有冷却空气的进气口c。首先冷却空气经进气口c流入镜头7和隔热罩5之间，通过表面热交换将镜头7和隔热罩5多余的热量带走；然后冷却空气流经CCD相机9表面给CCD相机9降温（CCD相机9通过相机连接螺钉11安装在底座10上，底座10粘贴在隔热罩5的底面），之后通过冷却风扇13将经过两次热交换后的热空气排出。这种冷却方式可以保证冷却空气先对温度相对较低的镜头7降温，后对CCD相机9降温，因此可以有效地阻止CCD相机9的热量向镜头7传递，另外也保证镜头7的温度与冷却空气的温度相差不会太大，确保镜头7的温度不会出现大的变化。

该主动冷却方法通过镜头7上贴片式温度传感器8反馈的温度信号实时调节冷却气流大小，提高系统冷却效率，降低冷却系统功耗。其工作方式如下：镜头7表面贴有多片贴片式温度传感器8，并将实时测量的镜头7表面温度通过信号线15反馈给温度控制器14。温度控制器14通过比对实时测量温度和理论工作温度（理论工作温度为测量系统标定时镜头7的温度，通常与室温相同），当镜头7表面温度与工作温度相差超过1℃或镜头7上任意两个温度测点间温差超过1℃时，温度控制器14通过控制线16启动冷却风扇13，对测量系统强制降温。而且温度控制器14通过分析贴片式温度传感器8实时反馈的温度数据，同步控制冷却风扇13的运行状态，镜头7表面温差越大，冷却风扇13的转速越高，从而增大空气流量加快镜头7和CCD相机9的降温速度。当温差小于0.5℃时，温度控制器14通过控制线16暂停冷却风扇13的运行，降低系统能耗。通过温度控制器14对镜头7工作温度的实时调控，使镜头7的实际工作温度与理论工作温度的差值在较小的范围内变化。

通过上述采用被动隔热装置与主动冷却装置相结合的方式实现对镜头7的工作温度进行实时监控，保证双目测量系统在高温恶劣工况下仍能保证有很好的测量精度，而且显著地提高了测量系统的鲁棒性，该装置使测量系统可以在高温测量领域得到广泛的应用。

Claims (1)

1.一种镜头隔热冷却及温度控制装置，其特征在于，采用被动隔热装置与主动冷却装置相结合的方式进行温度控制；

所述的被动隔热装置由滤波片(2)、转接口(3)、转接口连接螺钉(4)、隔热罩(5)、金属箔片(6)组成；镜头(7)和CCD相机(9)通过相机连接螺钉(11)安装在隔热罩(5)内的底座(10)上，底座(10)粘接在隔热罩(5)下表面，在隔热罩(5)的外表面粘贴一层金属箔片(6)，滤波片(2)粘贴在转接口(3)上，转接口(3)通过转接口连接螺钉(4)安装在隔热罩(5)前端；

所述的主动冷却装置由贴片式温度传感器(8)、风扇连接螺钉(12)、冷却风扇(13)、温度控制器(14)、信号线(15)、控制线(16)组成；在镜头(7)表面粘贴多个贴片式温度传感器(8)，贴片式温度传感器(8)与温度控制器(14)通过信号线(15)相连，冷却风扇(13)通过风扇连接螺钉(12)安装在隔热罩(5)后端，温度控制器(14)与冷却风扇(13)通过控制线(16)相连。

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