IWILDT紅外視覺防爆機器人脫穎而出
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由於機器人紅外視覺具有可以 24 小時全天候監控，探測距離遠，不易受電磁幹擾等優點，在機器人視覺係統應用中越來越多。為降低機器人紅外視覺係統的成本、減小體積和重量，機器人紅外視覺係統多采用高性能的非製冷紅外探測器。
一、設計方案
由於機器人紅外視覺係統的使用要求，內部空間小，所以，要求機器人紅外視覺係統小型化、輕量化，同時為保證較遠的探測距離，還要求具備較大的通光口徑，而且要能適應高溫、低溫、衝擊、振動等各種環境。
1.1 光學係統設計分析
為保證機器人紅外視覺係統較大的探測距離，光學係統本身采用五片鏡透射式結構，可得到較高的光學透過率，光學像差可以得到更好的平衡，成像質量能得到顯著提高；同時，通過優化光學係統參數（曲率、間距、材料等）可相互補償高低溫時產生的離焦、色散等問題，如圖 1 所示。
由於觀瞄裝備需適應高溫、低溫等各種環境下的使用要求，光學係統需考慮無熱化設計，在一個較大溫度範圍內保持穩定的像麵位置和穩定的像質，目前的無熱化技術主要有兩類：機電主動式、光學被動式。機電主動式是指先由傳感器探測出變化的溫度，再由處理器計算出該溫度對應的像麵位移，最後由電機推動透鏡產生相應的軸向位移進行補償，機電主動式所需空間較大，不適合小型機器人紅外視覺係統使用，且在惡劣環境環境下可靠性較低，而一旦發生意外，將造成嚴重後果。光學被動式是指使用不同特性的光學材料的合理組合，利用光學材料熱特性之間的差異進行精密的光學設計，在平衡像差的同時消除溫度的影響，獲得補償；具有結構簡單、尺寸小、重量輕、無需供電、可靠性好等優點，非常符合觀瞄裝備小型化、輕型化的要求，而且更適合在惡劣環境下應用。
本方案采用光學被動補償方式，光學係統在常溫和高低溫時像質不會有太大變化，如圖 2、圖 3 所示。
1.2 光機結構設計
由於整機采用被動無熱化設計，要求結構尺寸穩定性很高，第一片透鏡到探測器焦平麵最大距離為 140mm，而鏡片的安裝精度為 0.03mm，即結構件從 -40℃到 60℃尺寸變化不得大於 0.03mm，要求選用的合金材料線膨脹係數小於2.14，且線膨脹係數要求較穩定，常用鋁合金、鋼線膨脹係數分別為 27 和 10.2，不符合無熱化設計的使用要求。
因此，鏡筒等結構件采用優質低膨脹合金材料 DP2，線膨脹係數為 0.8，並且強度高，加上特殊結構設計使係統堅固結實，體積小，且整機采用化學氧化處理，保證整機結構能夠適應戰技指標要求的環境試驗要求。
由圖 1 可以看出，光學係統包括整流罩和四片透鏡，熱像儀需保證光學鏡片間隔尺寸和同軸度、垂直度精度的同時，還必須保證熱像儀和整流罩的旋轉中心重合。鏡筒在保證強度的前提下，采用了薄壁設計，盡量減小熱像儀重量，同時鏡筒內部設計成消光齒紋，減少雜光。
為保證鏡片的裝配精度，第一、二、三透鏡與第四透鏡分別安裝在大小鏡筒上，用中心偏裝調保證同軸度、用高度計保證間隔尺寸在光學安裝精度 0.03mm 內，最後將調試好的鏡筒用銷釘銷牢後，固定在支架上，方便以後調整測試。為彌補因機加工及裝配產生的誤差，探測器可前後調整，測試紅外熱像儀 NETD、MRTD 指標，直至圖像呈最佳效果。探測器采用加固及防震防衝措施，滿足整機的環境與使用條件。
二、紅外熱像儀成像測試
2.1 指標測試
NETD 和 MRTD 是綜合評價係統溫度分辨力和空間分辨力的重要參數，是衡量紅外熱像儀性能的重要指標。經過測試，本係統 NETD=45mk，MRTD=350mk，成像效果優良。
2.2 作用距離測試
測試目標尺寸 3m×2m，目標與環境溫差 5k，目標距離4km；環境溫度 28℃，濕度 72%；經過實際測試，如圖 4 所示，目標清晰可見，目標信噪比 6.8，可有效探測目標。
3 結語
本係統在設計過程中，對光學性能、結構設計、光機裝調進行了充分考慮，對部分結構進行了優化設計；經過NETD、MRTD 指標測試、外場作用距離實驗驗證，機器人紅外視覺係統性能良好，可有效探測目標。