用于水下恶劣工况的成像装置及其环境适应性验证方法制造方法及图纸

本发明专利技术为解决目前应用于水下的成像装置在降低冲击与温度对整机性能影响同时，采用的切换遮挡装置可靠性差的技术问题，而提供了一种用于水下恶劣工况的成像装置及其环境适应性验证方法。本发明专利技术中采用密封条与密封胶固液组合密封法，将固态密封的可挤压性与液态密封的可填充塑造性通过设计相应的结构形式结合起来，有效的提高系统的密封性。在可切换单元的设计中，使用直流电机、蜗轮、蜗杆、霍尔开关等组件，实现切换功能的自主工作与自锁功能，该装置相比较于以往的电磁铁驱动切换，特别是在这种高量级冲击环境下，具有可靠性高的优点。本发明专利技术可承受高频高量级振动冲击、高温、热流等恶劣条件，同时具备水下自主照明和镜头自主保护功能。主保护功能。主保护功能。

【技术实现步骤摘要】
用于水下恶劣工况的成像装置及其环境适应性验证方法


[0001]本专利技术涉及水下成像
，具体涉及一种用于水下恶劣工况的成像装置及其环境适应性验证方法。

技术介绍

[0002]成像装置在深水环境中需要进行图像采集时，需要解决水压给自身系统带来的影响，同时需要解决密封问题，千米水下环境，压力可达上百个大气压，这对整机密封具有很大的挑战。同时成像装置工作环境振动冲击环境比较恶劣，高频冲击可达上万g，频率可达上万Hz，此外成像装置安装面温度高，可达200摄氏度，在如此恶劣的环境下，如何降低冲击与温度对整机性能影响同样具有挑战性。此外成像装置石英窗口暴露在水下环境中，环境中有高温热流，且有颗粒物在高频冲击环境下，极有可能对成像装置窗口造成破坏，因此设计一种适用的可自主切换的遮挡装置，成像装置在不加电的情况下，遮挡装置位于遮挡状态，装置同时需要具备自锁功能，在图像采集阶段，考虑降低功耗，切换装置需要掉电处理，切换后的装置同样需要位置锁定功能，目前的切换遮挡装置采用电磁铁驱动，在高量级冲击环境下，电磁铁驱动的可靠性会大打折扣。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是解决目前应用于水下的成像装置在降低冲击与温度对整机性能影响同时，采用的切换遮挡装置可靠性差的技术问题，而提供了一种用于水下恶劣工况的成像装置及其环境适应性验证方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种用于水下恶劣工况的成像装置，包括成像单元、切换单元、自主照明单元以及隔热减振单元；/>[0006]所述切换单元与自主照明单元通过螺栓固定连接在成像单元前侧，所述隔热减振单元安装在成像单元两侧；
[0007]所述切换单元具有自主工作和自锁功能，自主切换遮挡成像单元；所述自主照明单元用于提供水下照明；所述隔热减振单元用于降低冲击与温度对整机性能的影响；
[0008]其特殊之处在于：
[0009]所述切换单元包括切换叶片组件、上盖、壳体、蜗杆组件和蜗轮组件；
[0010]所述壳体与上盖的接口处设有注胶槽，注胶槽内设有硅橡胶密封条，且注入密封胶，实现固液结合的静密封；
[0011]所述切换叶片组件包括叶片、叶片橡胶遮挡环，镜头橡胶遮挡环；所述叶片橡胶遮挡环通过密封胶粘接在叶片上；所述镜头橡胶遮挡环通过密封胶粘接在成像单元前侧；当叶片遮挡成像单元的镜头时，叶片橡胶遮挡环与镜头橡胶遮挡环圆周接触。
[0012]进一步地，所述蜗轮组件包括叶片驱动轴，叶片驱动轴上设有至少2条橡胶密封圈安装槽，安装槽内设有驱动轴动密封橡胶圈；所述叶片驱动轴穿过上盖预留的孔，实现动密
封；所述成像单元包括矩形的成像单元壳体和成像单元后盖；所述成像单元壳体和成像单元后盖的安装面四周设有密封槽，用于注胶安装密封条；所述成像单元壳体四角设有注胶孔。
[0013]进一步地，所述蜗杆组件包括直流驱动电机、电机端齿轮、蜗杆和蜗杆端齿轮；
[0014]所述蜗轮组件包括霍尔开关和蜗轮；
[0015]所述直流驱动电机与电机端齿轮连接，所述电机端齿轮与蜗杆端齿轮相互啮合；所述蜗杆的一端与蜗杆端齿轮固连，另一端与蜗轮啮合；所述叶片驱动轴的一端与蜗轮固连，另一端与叶片连接；所述叶片的遮挡与打开位置均设有用于反馈位置的霍尔开关；
[0016]所述直流驱动电机驱动电机端齿轮旋转，电机端齿轮与蜗杆端齿轮啮合，驱动蜗杆端齿轮旋转，且蜗轮与叶片驱动轴固连，叶片驱动轴与蜗轮同步旋转，与叶片固连，从而带动叶片实现打开与关闭的切换。
[0017]进一步地，所述蜗轮上设有用于电限位的磁钢和用于机械限位的机械限位片；
[0018]所述蜗杆两端、蜗轮与轴承安装座之间设有角接触轴承，用于减少摩擦。
[0019]进一步地，自主照明单元包括灯板、压板、石英窗口玻璃和隔离垫；
[0020]所述压板与成像单元壳体通过安装螺钉固定连接；所述石英窗口玻璃设置在灯板前端；
[0021]所述压板与成像单元壳体之间设有第一注胶槽，压板与石英窗口玻璃之间设有第二注胶槽；
[0022]所述隔离垫设置在压板与石英窗口玻璃之间，材料为聚酰亚胺；
[0023]所述灯板上均匀涂抹密封胶，且密封胶不与石英窗口玻璃接触。
[0024]进一步地，隔热减振单元包括减振垫、压盖、支轴和隔热垫；
[0025]所述支轴与压盖螺纹连接；所述隔热垫安装在支轴端面和压盖端面；
[0026]所述减振垫的材料为硅橡胶，预紧力为压缩量为2mm；所述隔热垫材料为玻璃钢板料，厚度为2mm。
[0027]进一步地，所述蜗杆端齿轮与电机端齿轮传动比为2:1；
[0028]所述直流驱动电机输出转速为17r/s；
[0029]所述蜗杆头数为2，蜗轮分度圆直径为30mm，模式为0.5，齿数为60。
[0030]本专利技术还提供了一种用于水下恶劣工况的成像装置的环境适应性验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0031]步骤1)静、动密封性验证
[0032]1.1)设定试验温度及试验时长，在成像装置封盖前进行干燥；
[0033]1.2)在干燥的成像装置密封接口处、切换单元接口处放置吸水试纸进行封盖，封盖后将成像装置放置于密封罐内；
[0034]1.3)连接动、静密封试验装置，进行静、动密封性验证
[0035]在密封罐上开设2个密封窗口，安装带有压力表的增压器和与成像装置连接的供电电源和视频显示器；通过观测密封罐内加压过程成像装置的图像情况、切换装置运行情况、供电电流电压情况，以及比对动、静密封试验前后吸水试纸的变化，确认密封性；
[0036]步骤2)高压水流振动冲击试验验证
[0037]将成像装置安装在试验腔内，并连接供电电源和上位机软件，试验腔固定放置在
振动冲击试验台上；利用高压水枪向成像装置冲击，开启振动冲击试验台，利用上位机控制叶片打开，读取实际位置信息，对打开与否进行评判。
[0038]进一步地，步骤1.1)中，所述试验温度大于55℃，试验时长大于4小时；
[0039]步骤1.3)中，所述增压器压力的范围为1
‑
2MPa。
[0040]进一步地，步骤2具体为：
[0041]2.1)选择成像装置镜头成像的中心光轴方向为振动冲击试验方向，高压水枪出水方向为+X方向，且正对光学镜头，高压水枪与试验腔接口处密封处理；冲击试验台冲击试验方向为
‑
X方向，高压水枪出水压力为1
‑
2Mpa；
[0042]2.2)试验前成像装置上电，切换叶片位于镜头前端初始位置，上位机软件可读取视频图像与叶片位置信息；
[0043]2.3)开启高压水枪，正对切换叶片实现水流冲击，开启振动冲击试验台，分别加载上万g冲击试验与高量级随机振动试验，利用上位机控制叶片打开，试验中通过上位机软件读取叶片实际位置信息，对打开与否进行评判。
[0044]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水下恶劣工况的成像装置，包括成像单元(1)、切换单元(2)、自主照明单元(3)以及隔热减振单元(4)；所述切换单元(2)与自主照明单元(3)通过螺栓固定连接在成像单元(1)前侧，所述隔热减振单元(4)安装在成像单元(1)两侧；所述切换单元(2)具有自主工作和自锁功能，自主切换遮挡成像单元(1)；所述自主照明单元(3)用于提供水下照明；所述隔热减振单元(4)用于降低冲击与温度对整机性能的影响；其特征在于：所述切换单元(2)包括切换叶片组件(21)、上盖(22)、壳体(23)、蜗杆组件(24)和蜗轮组件(25)；所述壳体(23)与上盖(22)的接口处设有注胶槽，注胶槽内设有硅橡胶密封条，且注入密封胶，实现固液结合的静密封；所述切换叶片组件(21)包括叶片(211)、叶片橡胶遮挡环(212)，镜头橡胶遮挡环(213)；所述叶片橡胶遮挡环(212)通过密封胶粘接在叶片(211)上；所述镜头橡胶遮挡环(213)通过密封胶粘接在成像单元(1)前侧；当叶片(211)遮挡成像单元(1)的镜头时，叶片橡胶遮挡环(212)与镜头橡胶遮挡环(213)圆周接触。2.根据权利要求1所述的用于水下恶劣工况的成像装置，其特征在于：所述蜗轮组件(25)包括叶片驱动轴(251)，叶片驱动轴(251)上设有至少2条橡胶密封圈安装槽，安装槽内设有驱动轴动密封橡胶圈(252)；所述叶片驱动轴(251)穿过上盖(22)预留的孔，实现动密封；所述成像单元(1)包括矩形的成像单元壳体(11)和成像单元后盖(12)；所述成像单元壳体(11)和成像单元后盖(12)的安装面四周设有密封槽(13)，用于注胶安装密封条(14)；所述成像单元壳体(11)四角设有注胶孔(15)。3.根据权利要求2所述的用于水下恶劣工况的成像装置，其特征在于：所述蜗杆组件(24)包括直流驱动电机(241)、电机端齿轮(244)、蜗杆(245)和蜗杆端齿轮(246)；所述蜗轮组件(25)包括霍尔开关(254)和蜗轮(257)；所述直流驱动电机(241)与电机端齿轮(244)连接，所述电机端齿轮(244)与蜗杆端齿轮(246)相互啮合；所述蜗杆(245)的一端与蜗杆端齿轮(246)固连，另一端与蜗轮(257)啮合；所述叶片驱动轴(251)的一端与蜗轮(257)固连，另一端与叶片(211)连接；所述叶片(211)的遮挡与打开位置均设有用于反馈位置的霍尔开关(254)；所述直流驱动电机(241)驱动电机端齿轮(244)旋转，电机端齿轮(244)与蜗杆端齿轮(246)啮合，驱动蜗杆端齿轮(246)旋转，且蜗轮(257)与叶片驱动轴(251)固连，叶片驱动轴(251)与蜗轮(257)同步旋转，与叶片(211)固连，从而带动叶片(211)实现打开与关闭的切换。4.根据权利要求3所述的用于水下恶劣工况的成像装置，其特征在于：所述蜗轮(257)上设有用于电限位的磁钢(256)和用于机械限位的机械限位片(255)；所述蜗杆(245)两端、蜗轮(257)与轴承安装座(253)之间设有角接触轴承(247)，用于减少摩擦。5.根据权利要求4所述的用于水下恶劣工况的成像装置，其特征在于：
自主照明单元(3)包括灯板(31)、压板(32)、石英窗口玻璃(33)和隔离垫(34)；所述压板(32)与...

【专利技术属性】
技术研发人员：高波，杨洪涛，张海峰，王浩，陈卫宁，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：