利用機(jī)器視覺(jué)精密測(cè)量

人類(lèi)的視覺(jué)是有能力和靈活的，但不能作出快速，精確和重復(fù)的測(cè)量。在這種情況下，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是最好的選擇。有機(jī)器視覺(jué)基礎(chǔ)知識(shí)的文章很多，但在這里，我們將注意力集中在如何使用一種精密光學(xué)測(cè)量的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。

一種精密光學(xué)測(cè)量的最佳方法是光從背后用準(zhǔn)直光測(cè)量的部分，這是平行光，如探照燈。這把鋒利的部分陰影為遠(yuǎn)心鏡頭lens-a僅接受平行光，形成在高分辨率的數(shù)碼相機(jī)的圖像。部分的邊緣位置，然后測(cè)量到一個(gè)像素的一小部分，使用高精度的機(jī)器視覺(jué)算法。

我們將研究如何在現(xiàn)實(shí)生活中的情況，并進(jìn)一步探討了精密測(cè)量必要的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的元素。

專(zhuān)業(yè)的工程公司（ESI、北布蘭福德，CT）生產(chǎn)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的小的、高精度的汽車(chē)零件。ESI的自定義建立設(shè)備組成和檢查這些零件缺陷。一個(gè)例子是一個(gè)機(jī)器，檢查車(chē)用安全帶銷(xiāo)。這些引腳切斷絲，兩端倒角和小切口形成一個(gè)escomatic螺桿機(jī)。銷(xiāo)的直徑為60密耳（60／1000英寸）。放在一個(gè)飼養(yǎng)碗形成引腳，序列化和下降使他們落準(zhǔn)直光源和一個(gè)高分辨率的相機(jī)的遠(yuǎn)心鏡頭之間。當(dāng)他們落在重力的影響下，光傳感器檢測(cè)部分，講述了一個(gè)機(jī)器視覺(jué)計(jì)算機(jī)觸發(fā)從攝像頭采集圖像。計(jì)算機(jī)運(yùn)行機(jī)器視覺(jué)軟件找到部分并確定其在圖像中的角度。軟件部分則計(jì)在多個(gè)直徑，包括圓周凹槽。

不符合公差的零件將被吹向一個(gè)廢品箱。缺陷記錄并作為帕累托圖表幫助ESI改進(jìn)制造工藝。好的部分落入倉(cāng)運(yùn)到ESI的客戶。部分以每秒兩次的速度處理，主要是由部分所需的時(shí)間，以加速由于重力和通過(guò)光透鏡相機(jī)傳感器單元。

該檢查系統(tǒng)運(yùn)行24 / 7無(wú)人值守。當(dāng)系統(tǒng)需要更多的部件或服務(wù)時(shí)，它使用一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)發(fā)送電子郵件和電話接線員，甚至在運(yùn)營(yíng)商的家里。操作者使用一個(gè)基于機(jī)器視覺(jué)軟件的“頂部”的自定義的視覺(jué)基本界面與機(jī)器進(jìn)行交互。

Carmen Ciardiello，副總裁和ESI總經(jīng)理承認(rèn)這似乎多了一小部分工作。然而，“我們建造這臺(tái)機(jī)器因?yàn)樗哂薪?jīng)濟(jì)意義，因?yàn)槲覀冏鲆荒甑倪@1000萬(wàn)個(gè)部分，”Ciardiello說(shuō)?！拔覀円灿酗L(fēng)險(xiǎn)規(guī)避，所以我們要確保零缺陷的部件進(jìn)入安全帶。”

考慮尺寸的金屬?zèng)_壓件條，用于汽車(chē)的電觸點(diǎn)。這些零件都是沖壓形成的，由一個(gè)漸進(jìn)的沖壓機(jī)和檢查，因?yàn)樗麄儚男侣劷绯霈F(xiàn)。在壓斷過(guò)程中的災(zāi)難性的故障，如容易檢測(cè)。檢測(cè)零件尺寸的微妙變化，但是，需要一個(gè)精心設(shè)計(jì)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。這些細(xì)微的尺寸變化警告說(shuō)， 磨損太厲害零件承受不了。

準(zhǔn)直，窄帶光源照亮的部分從后面投下陰影的部分是由遠(yuǎn)心鏡頭的成像和高分辨率的相機(jī)。平行光的光線是垂直的部分，給予清晰的陰影。有非常少的“流血”的光周?chē)牟糠诌吘?，所以測(cè)量的邊緣陰影位置更穩(wěn)定，光照強(qiáng)度的變化。

陰影（平行投影）采用準(zhǔn)直光也減少了部分深度變化對(duì)成像部分尺寸的影響。由于部分朝向和遠(yuǎn)離相機(jī)，陰影的部分在準(zhǔn)直光束的大小變化不明顯。

一個(gè)常見(jiàn)的平行光有一個(gè)點(diǎn)光源放置在一個(gè)放大鏡的焦點(diǎn)，一個(gè)典型的菲涅耳透鏡。一個(gè)放大鏡的一個(gè)焦點(diǎn)點(diǎn)帶來(lái)的平行光線。該準(zhǔn)直光源是相反的：在集中點(diǎn)光源去“背”，通過(guò)放大鏡和成為準(zhǔn)直。

準(zhǔn)直光源也可以通過(guò)運(yùn)行在反向光望遠(yuǎn)鏡是在目鏡輸入出來(lái)的物鏡準(zhǔn)直光束。一些廠商使用短語(yǔ)“遠(yuǎn)心光為平行光，表示光線平行于光軸，光源是用在與遠(yuǎn)心鏡頭組合。

彩色LED通常用作準(zhǔn)直的光源。LED的帶寬很窄，約25納米（nm），使成像銳利對(duì)焦（遠(yuǎn)）不引入自干擾的鏡頭（斑）在相干光源，如激光看到效果。由于LED的波長(zhǎng)減?。ㄏ蛩{(lán)色），測(cè)量分辨率略有增加，由于衍射的影響降低。這通常是只有一個(gè)關(guān)注時(shí)，使用顯微鏡來(lái)測(cè)量尺寸接近光的波長(zhǎng)。

一個(gè)遠(yuǎn)心鏡頭的重要性

遠(yuǎn)心透鏡具有阻止，阻擋光線不平行于透鏡的光軸，這是由前到后在透鏡和垂直于成像部分的中心的假想線。這補(bǔ)充了平行光的影響進(jìn)一步降低光“流血”周?chē)糠值倪吘壓瓦M(jìn)一步抑制變化的大小與成像部分轉(zhuǎn)移部分深度。

遠(yuǎn)心鏡頭也有小的光學(xué)畸變，標(biāo)定和畸變校正更精確。只有平行光的遠(yuǎn)心鏡頭接受，從準(zhǔn)直光源的有效利用和環(huán)境光被拒絕，所以部分圖像對(duì)比度高。然而，對(duì)一個(gè)遠(yuǎn)心鏡頭視場(chǎng)有限大小的鏡頭的目的（面對(duì)部分的透鏡元件）。顯微鏡和其他低失真透鏡的設(shè)計(jì)也用于精密測(cè)量。

 

亞像素測(cè)量和相機(jī)分辨率

要保守，相機(jī)的傳感器的像素應(yīng)不大于所需的測(cè)量分辨率的兩倍。在這個(gè)例子中，視場(chǎng)為1英寸x 1英寸，和一個(gè)1600×1200（寬x高）采用4.40-micron像素的像素的攝像頭。這給出了一個(gè)像素的大小在0.625毫米的部分，一半給約三一零英寸的千分之子像素分辨率，按顧客要求。

如何將一個(gè)測(cè)量部分邊緣位置小于一個(gè)像素？作為一個(gè)邊緣移動(dòng)在一個(gè)像素所測(cè)得的像素強(qiáng)度的變化，但不是在任何方式，可以用來(lái)確定位置，至少與在大多數(shù)機(jī)器視覺(jué)相機(jī)使用的平方像素。

進(jìn)行亞像素測(cè)量，使用預(yù)期的強(qiáng)度分布在邊緣被押上。假設(shè)邊緣強(qiáng)度是一個(gè)步驟，是模糊的光學(xué)成S形曲線，邊緣位置信息是“涂”到相鄰的像素。

然后，可以恢復(fù)在一個(gè)像素的邊緣位置，通過(guò)尋找一個(gè)峰值在這個(gè)強(qiáng)度曲線的一階導(dǎo)數(shù)，或通過(guò)其他的數(shù)學(xué)方法。這給了1?4到1?25像素的分辨率，根據(jù)圖像和部分邊緣質(zhì)量。

更細(xì)的亞像素分辨率需要額外的假設(shè)的邊緣的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，并可能不適合時(shí)，測(cè)量零件的邊緣變化，如由于沖壓模具磨損。通過(guò)設(shè)計(jì)成像系統(tǒng)需要?像素分辨率，一個(gè)是在亞像素計(jì)算能做什么。

攝像機(jī)通過(guò)千兆因特網(wǎng)將圖像發(fā)送到計(jì)算機(jī)上，用專(zhuān)門(mén)的硬件對(duì)圖像進(jìn)行處理和控制的檢查系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)使用軟件來(lái)測(cè)量每一部分的尺寸，并提醒操作員，當(dāng)這些尺寸的公差。

精密測(cè)量需要注意過(guò)程中的每一步。這是最好的開(kāi)始與準(zhǔn)直背光給鋒利的邊緣的陰影和圖像與遠(yuǎn)心鏡頭和高分辨率的數(shù)碼相機(jī)的邊緣。機(jī)器視覺(jué)軟件與精確的亞像素邊緣算法，然后用于測(cè)量部分尺寸和控制的報(bào)告和分類(lèi)的零件。

 

技術(shù)提示

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可用于精密光學(xué)測(cè)量；精密測(cè)量需要注意過(guò)程中的每一步。

這是最好的開(kāi)始與準(zhǔn)直背光給鋒利的邊緣的陰影和圖像與遠(yuǎn)心鏡頭和高分辨率的數(shù)碼相機(jī)的邊緣。

然后用精確的亞像素邊緣算法的機(jī)器視覺(jué)軟件用于測(cè)量零件的尺寸和控制報(bào)告和整理的部分。