照片还在导入,再等等哈——这句在航天车间里常听到的客套话,背后是每天数百G多媒体文件导入的繁琐操作,直到那台自主研发的工业相机出现,生产效率直接提升了70%-3

航天科技集团七院7102厂的车间里,工程师张鑫和伍先有盯着电脑屏幕,一脸无奈。他们自主研发的工业多媒体相机软件在实验室跑得风生水起,一到车间电脑上就“趴窝”。板子画好了,却发现自带WiFi功能,完全不符合航天车间的安全要求,只能全部推倒重来-3


01 探索与弯路

故事得从航天车间的实际痛点说起。以往,工厂质量记录需要拍摄并存储大量多媒体文件,这一过程必须在安全且物理隔离的网络中进行。

工作人员不仅要做装配工作,还得用存储卡将拍摄的文件导入隔离网络,再上传到质量管理系统。一天下来,大量时间都花在了数百G文件的导入上-3

“最开始我们走了大量弯路。”张鑫和伍先有后来回忆时苦笑着说。软件开发出来了,车间电脑却不兼容;电路板设计好了,却忽略了WiFi功能的安全隐患-3

他们不得不从头学习新的编程语言,选择不带存储功能的摄像头进行自主开发。小小的相机里,凝结了许多自主研发的技术。

02 工业相机开发的真相

很多人以为工业相机开发就是选个镜头、加个传感器那么简单,但实际上,标准工业相机开发流程是一套严谨的系统工程

从需求分析到量产交付,整个过程需要科学的管理和专业技术方案-1。不同于普通相机,工业相机要在各种极端环境下稳定工作,温度可能从零下40度到零上70度,还要耐受振动和电磁干扰-1

开发团队需要明确应用场景的具体要求:检测类应用侧重分辨率和对比度,测量应用关注几何精度和畸变控制,识别应用则强调帧率和曝光方式-1

每个参数都需要量化界定,分辨率从0.3到2000万像素不等,帧率从1到300fps,曝光时间更是跨度巨大,从微秒级到分钟级都有-1

03 开发流程解密

当你深入了解标准工业相机开发流程,你会发现它远比想象中复杂。这个过程通常分为几个关键阶段,每个阶段都有其独特的挑战和要点。

第一阶段是需求分析与技术评估。开发团队必须深入现场,了解实际应用场景。就像7102厂的工程师们一样,他们发现车间的计算机系统不适配某种编程语言,只能从头学习其他语言-3

第二阶段是方案设计与原型开发。硬件设计采用模块化架构,传感器模块要根据量子效率和满阱容量选择芯片,设计低噪声读出电路-1

图像处理模块通常集成FPGA,实现Bayer插值、平场校正和降噪算法-1。机械结构则要用有限元分析优化散热和抗振性能-1

第三阶段是测试验证与可靠性评估。这可不是随便拍几张照片看看清晰度那么简单。光学测试需要在暗室环境中进行,使用USAF 1951分辨率板确保MTF曲线符合设计要求-1

机械测试得包含冲击振动试验,模拟10G加速度、5-500Hz扫频的环境;还得做高低温循环测试,在零下40度到零上70度之间循环100次-1

04 从实验室到车间

最艰难的挑战往往出现在从实验室到实际应用的跨越。张鑫和伍先有在立项不到一个月的时间里,就做出了工业多媒体相机的样机,但这只是个开始-3

样机需要经过反复试验、测试,20多轮的不断迭代,才能使体积变得更小、重量变得更轻,同时增加和完善抗信号干扰、稳定画面等功能-3

伍先有展示了他们的成果:“你看到的这个板子是我们自己焊接的,芯片太小,只能拿着镊子一点一点焊。另外,3D打印的外壳也是从初版样机上拆下来的。”-3

这个电子信息工程专业出身的工程师,不仅在自己的专业领域表现出色,还自学了机械制图,自主设计了初版样机的外壳-3

05 持续迭代与量产

第一版相机投入使用后,生产效率提高了70%,基本满足了现场使用需求-3。但车间职工李珂严反馈说:“该版本还是存在细节部分拍摄不够清晰等问题,需要进一步升级。”-3

面对生产一线的需求,张鑫和伍先有马不停蹄地开始了新一轮研发。他们在相机内部加装电池,同时加入“待机”功能解决耗电问题;摄像头模组设计成可替换的,以适应不同场景-3

像素更高的摄像头带来了发热量变大的问题,常常是拍摄才刚刚开始,相机就已经变成了“暖宝宝”-3。对此,伍先有在相机上加装了降温风扇,同时保证风扇的运作不影响相机拍摄的稳定性,最终顺利解决了发热问题-3

06 标准化开发的价值

完整的标准工业相机开发流程不仅包括技术研发,还涵盖量产交付与持续优化。量产阶段需要建立严格的质量控制体系,对传感器、镜头等关键部件进行全检,使用自动化检测设备确保一致性-1

生产过程要采用SPC统计过程控制,关键工艺参数CPK值需大于1.67-1。成品检验则要执行AQL抽样标准,重点监控像素缺陷、色彩均匀性和功能完整性-1

开发团队还需要建立可追溯系统,记录每个相机的生产数据,包括组件批次、工艺参数和测试结果-1。序列号管理系统支持全生命周期追踪,便于质量分析和售后服务-1


如今,7102厂的工业多媒体相机已经从纯手工制造走向了规模化生产,甚至还申请了专利。“有其他单位看到我们的样机后有意向购买。”伍先有挠着头笑道-3

车间里不再有“图片还在导入,还要再等等”的尴尬,而那台曾让他们彻夜难眠的相机,静静地记录着中国航天制造的每一个精准瞬间。从实验室的代码到车间的效率提升,这条开发之路,每一步都算数。