利用機器視覺精密測量

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

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

我們將研究如何在現(xiàn)實生活中的情況，并進一步探討了精密測量必要的機器視覺系統(tǒng)的元素。

專業(yè)的工程公司（ESI、北布蘭福德，CT）生產(chǎn)數(shù)以百萬計的小的、高精度的汽車零件。ESI的自定義建立設(shè)備組成和檢查這些零件缺陷。一個例子是一個機器，檢查車用安全帶銷。這些引腳切斷絲，兩端倒角和小切口形成一個escomatic螺桿機。銷的直徑為60密耳（60／1000英寸）。放在一個飼養(yǎng)碗形成引腳，序列化和下降使他們落準直光源和一個高分辨率的相機的遠心鏡頭之間。當(dāng)他們落在重力的影響下，光傳感器檢測部分，講述了一個機器視覺計算機觸發(fā)從攝像頭采集圖像。計算機運行機器視覺軟件找到部分并確定其在圖像中的角度。軟件部分則計在多個直徑，包括圓周凹槽。

不符合公差的零件將被吹向一個廢品箱。缺陷記錄并作為帕累托圖表幫助ESI改進制造工藝。好的部分落入倉運到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間，以加速由于重力和通過光透鏡相機傳感器單元。

該檢查系統(tǒng)運行24 / 7無人值守。當(dāng)系統(tǒng)需要更多的部件或服務(wù)時，它使用一個無線網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送電子郵件和電話接線員，甚至在運營商的家里。操作者使用一個基于機器視覺軟件的“頂部”的自定義的視覺基本界面與機器進行交互。

Carmen Ciardiello，副總裁和ESI總經(jīng)理承認這似乎多了一小部分工作。然而，“我們建造這臺機器因為它具有經(jīng)濟意義，因為我們做一年的這1000萬個部分，”Ciardiello說。“我們也有風(fēng)險規(guī)避，所以我們要確保零缺陷的部件進入安全帶。”

考慮尺寸的金屬沖壓件條，用于汽車的電觸點。這些零件都是沖壓形成的，由一個漸進的沖壓機和檢查，因為他們從新聞界出現(xiàn)。在壓斷過程中的災(zāi)難性的故障，如容易檢測。檢測零件尺寸的微妙變化，但是，需要一個精心設(shè)計的機器視覺系統(tǒng)。這些細微的尺寸變化警告說， 磨損太厲害零件承受不了。

準直，窄帶光源照亮的部分從后面投下陰影的部分是由遠心鏡頭的成像和高分辨率的相機。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”的光周圍的部分邊緣，所以測量的邊緣陰影位置更穩(wěn)定，光照強度的變化。

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

一個常見的平行光有一個點光源放置在一個放大鏡的焦點，一個典型的菲涅耳透鏡。一個放大鏡的一個焦點點帶來的平行光線。該準直光源是相反的：在集中點光源去“背”，通過放大鏡和成為準直。

準直光源也可以通過運行在反向光望遠鏡是在目鏡輸入出來的物鏡準直光束。一些廠商使用短語“遠心光為平行光，表示光線平行于光軸，光源是用在與遠心鏡頭組合。

彩色LED通常用作準直的光源。LED的帶寬很窄，約25納米（nm），使成像銳利對焦（遠）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的波長減小（向藍色），測量分辨率略有增加，由于衍射的影響降低。這通常是只有一個關(guān)注時，使用顯微鏡來測量尺寸接近光的波長。

一個遠心鏡頭的重要性

遠心透鏡具有阻止，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。這補充了平行光的影響進一步降低光“流血”周圍部分的邊緣和進一步抑制變化的大小與成像部分轉(zhuǎn)移部分深度。

遠心鏡頭也有小的光學(xué)畸變，標(biāo)定和畸變校正更精確。只有平行光的遠心鏡頭接受，從準直光源的有效利用和環(huán)境光被拒絕，所以部分圖像對比度高。然而，對一個遠心鏡頭視場有限大小的鏡頭的目的（面對部分的透鏡元件）。顯微鏡和其他低失真透鏡的設(shè)計也用于精密測量。

 

亞像素測量和相機分辨率

要保守，相機的傳感器的像素應(yīng)不大于所需的測量分辨率的兩倍。在這個例子中，視場為1英寸x 1英寸，和一個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。

如何將一個測量部分邊緣位置小于一個像素？作為一個邊緣移動在一個像素所測得的像素強度的變化，但不是在任何方式，可以用來確定位置，至少與在大多數(shù)機器視覺相機使用的平方像素。

進行亞像素測量，使用預(yù)期的強度分布在邊緣被押上。假設(shè)邊緣強度是一個步驟，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)在一個像素的邊緣位置，通過尋找一個峰值在這個強度曲線的一階導(dǎo)數(shù)，或通過其他的數(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。

更細的亞像素分辨率需要額外的假設(shè)的邊緣的強度結(jié)構(gòu)，并可能不適合時，測量零件的邊緣變化，如由于沖壓模具磨損。通過設(shè)計成像系統(tǒng)需要?像素分辨率，一個是在亞像素計算能做什么。

攝像機通過千兆因特網(wǎng)將圖像發(fā)送到計算機上，用專門的硬件對圖像進行處理和控制的檢查系統(tǒng)。計算機使用軟件來測量每一部分的尺寸，并提醒操作員，當(dāng)這些尺寸的公差。

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

 

技術(shù)提示

機器視覺系統(tǒng)可用于精密光學(xué)測量；精密測量需要注意過程中的每一步。

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

然后用精確的亞像素邊緣算法的機器視覺軟件用于測量零件的尺寸和控制報告和整理的部分。