機(jī)器視覺(jué)技術(shù)越發(fā)先進(jìn)，小零件也可用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)！

【亞洲儀表網(wǎng)訊】使用集成到單一系統(tǒng)中的多臺(tái)相機(jī)，實(shí)現(xiàn)小零件的全方位檢測(cè)。
雖然諸如墊圈、螺釘和橡膠墊等小零件的質(zhì)量可以由人工檢查，但這是一項(xiàng)枯燥乏味、且耗時(shí)的重復(fù)性勞動(dòng)。而且，這種檢查也會(huì)因?yàn)槿搜燮诙霈F(xiàn)錯(cuò)誤，同時(shí)人工檢查也不能高速完成，因此這樣的檢查任務(wù)更適合讓機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)去完成。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)除了能更快地執(zhí)行這樣的檢查任務(wù)之外，還可以對(duì)每個(gè)零件的多個(gè)方位成像，從而確保零件的所有部分都制造正確。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)需要部署多個(gè)成像站點(diǎn)來(lái)完成這項(xiàng)任務(wù)，這些成像站點(diǎn)通常會(huì)采用不同的照明光源、相機(jī)系統(tǒng)和鏡頭產(chǎn)品。

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)

UTPVision公司開(kāi)發(fā)出了一套基于旋轉(zhuǎn)臺(tái)的檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)（見(jiàn)圖1）。在操作中，零件通過(guò)一個(gè)振動(dòng)碗加載到旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，隨后零件在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)多個(gè)成像站點(diǎn)，以檢測(cè)其頂部缺陷、底部缺陷、內(nèi)部缺陷和內(nèi)部缺陷。該系統(tǒng)使用多個(gè)視覺(jué)檢測(cè)站點(diǎn)對(duì)小零件進(jìn)行全方位的檢查，如檢查墊圈、螺釘和橡膠墊等產(chǎn)品。
圖1：為了開(kāi)發(fā)一套機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)用于檢查墊圈、螺釘和橡膠墊等小零件，UTPVision公司使用了一個(gè)配有三個(gè)視覺(jué)站點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)。

尺寸和表面

當(dāng)振動(dòng)碗給料器（VBF）將小零件加載到系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上后，系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，將零件送入到成像站點(diǎn)（見(jiàn)圖2）。在每個(gè)零件旋轉(zhuǎn)時(shí)，使用基恩士公司的一個(gè)激光位移傳感器測(cè)量零件的高度，并在經(jīng)過(guò)設(shè)定的時(shí)間延遲后，觸發(fā)第一個(gè)成像檢查站的相機(jī)。在這里，檢查零件的尺寸。
圖2：在操作中，零件通過(guò)一個(gè)振動(dòng)碗加載到旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，隨后在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上經(jīng)過(guò)多個(gè)成像檢查站點(diǎn)，以檢查其（a）尺寸、（b）頂部缺陷、（c）底部缺陷以及（d）內(nèi)部和周邊缺陷。

在第一個(gè)成像檢查站點(diǎn)，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上方安裝了一臺(tái)來(lái)自Allied Vision公司的Manta G-504 GigE相機(jī)，該相機(jī)采用2/3英寸2452×2056 CCD傳感器，配備Opto Engineering公司的遠(yuǎn)心鏡頭。該相機(jī)捕獲零件的彩色圖像，并將圖像通過(guò)相機(jī)的GigE接口傳送到系統(tǒng)的主機(jī)PC中。

接下來(lái)，零件被旋轉(zhuǎn)臺(tái)帶到第二個(gè)成像檢查站點(diǎn)，在這里相機(jī)將捕獲零件上表面的圖像。第二個(gè)成像站點(diǎn)同樣安裝了一臺(tái)Manta G-504 GigE相機(jī)，其配備的是Computar公司的35mm鏡頭。為了對(duì)彎曲表面（常常是高反射的鏡面）精確成像，此處采用的照明光源是圓頂燈，安裝在接近正被成像零件的上方，以便清晰顯現(xiàn)出零件的角度、紋理或形貌特征。

不同的顏色

由于被檢查的不同零件所反射和/或吸收的波長(zhǎng)可能不同，因此，該系統(tǒng)中使用的定制圓頂燈包括紅光LED和綠光LED。當(dāng)零件進(jìn)入成像檢查站點(diǎn)后，隨即接受紅色光源和綠色光源的漫射照明。

通過(guò)這種方式，用紅光照亮零件，將反射紅色的顏色表面特征，相對(duì)的綠色的顏色表面特征將變暗。類(lèi)似地，用綠光照亮零件，將反射綠色的顏色表面特征，紅色的顏色表面特征將變暗。當(dāng)零件被照亮后，分別在兩種不同光源的照射下，各自拍攝一幅圖像，然后將這兩幅圖像組合，并通過(guò)相機(jī)的GigE接口傳送到系統(tǒng)的主機(jī)PC中。

另外，該系統(tǒng)還在旋轉(zhuǎn)盤(pán)的下方部署了一個(gè)相同的成像站點(diǎn)，用于捕獲零件底部表面特征的圖像，然后傳送到主機(jī)PC中。

零件內(nèi)部

除了捕獲零件的高度信息、頂部和底部表面特征之外，通常需要捕獲零件的外表面和內(nèi)表面的特征。例如，在檢查橡膠圈的案例中，必須分析零件外表面上的分型線，以及在零件內(nèi)表面上可能出現(xiàn)的任何缺陷。

盡管使用專(zhuān)用的環(huán)外側(cè)鏡頭和折反射環(huán)外側(cè)鏡頭，可以減少執(zhí)行此任務(wù)的相機(jī)和鏡頭的數(shù)量，但在一些情況下，這種鏡頭可達(dá)到的分辨率并不足以滿(mǎn)足應(yīng)用對(duì)細(xì)節(jié)的要求。在這種情況下，則需要采用多相機(jī)/鏡頭解決方案。

為了在基于旋轉(zhuǎn)臺(tái)的檢查系統(tǒng)中完成零件的內(nèi)外側(cè)表面檢查任務(wù)，UTPVision公司開(kāi)發(fā)了一套專(zhuān)用的成像系統(tǒng)，其使用12臺(tái)相機(jī)來(lái)完成這項(xiàng)任務(wù)。當(dāng)零件旋轉(zhuǎn)到該成像系統(tǒng)下時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)6臺(tái)相機(jī)對(duì)零件的外表面成像；這6臺(tái)相機(jī)均配備索尼的1600×1200 CCD傳感器，與水平方向成60°角安裝。與此同時(shí)，另外6臺(tái)配備索尼1600×1200 CCD傳感器的相機(jī)也被觸發(fā)，用于捕獲零件內(nèi)表面的圖像；這6臺(tái)相機(jī)與垂直方向成45°角安裝。隨后，由這12臺(tái)相機(jī)捕獲的圖像通過(guò)GigE接口傳送到系統(tǒng)的主機(jī)PC中。

當(dāng)圖像被系統(tǒng)捕獲時(shí)，它們被顯示在平板監(jiān)視器的圖形用戶(hù)界面上（見(jiàn)圖3）。這個(gè)界面是使用GTK+編寫(xiě)的，允許用戶(hù)清晰地看到（從上到下順時(shí)針）零件的尺寸、表面特征、外邊緣特征和內(nèi)表面特征。因此，操作者能在系統(tǒng)處理圖像時(shí)，看到各個(gè)成像站點(diǎn)捕獲的圖像情況。
圖3：在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，UTPVision公司利用Retina庫(kù)，用監(jiān)督學(xué)習(xí)來(lái)分析圖像。有了這個(gè)用戶(hù)圖形界面，操作者看到（從頂部到底部）零件的尺寸、表面特性、外邊緣和內(nèi)表面。

監(jiān)督式學(xué)習(xí)

該系統(tǒng)并沒(méi)有使用諸如特征分析等標(biāo)準(zhǔn)的圖像處理算法，來(lái)檢測(cè)特定特征以及每個(gè)零件的顏色缺陷，而是使用了一種基于C/C ++庫(kù)的人工智能軟件——Retina，其由UTPVision公司的一個(gè)部門(mén)Squeezebrains開(kāi)發(fā)。與無(wú)監(jiān)督式或半監(jiān)督式學(xué)習(xí)算法不同，Retina使用專(zhuān)有算法分析圖像，需要操作員使用一組圖像培訓(xùn)系統(tǒng)。因此需要配置參數(shù)，參數(shù)就是用于培訓(xùn)的圖像。在這種監(jiān)督式學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，算法使用輸入變量（此處為圖像）和輸出變量（通過(guò)或失敗）來(lái)學(xué)習(xí)從輸入到輸出的映射函數(shù)。

在該系統(tǒng)中，Retina軟件用于處理來(lái)自各個(gè)機(jī)器視覺(jué)站點(diǎn)捕獲的所有圖像。這消除了任何圖像預(yù)處理階段，比如用于保持圖像所有信息的圖像閾值處理。

為了培訓(xùn)該系統(tǒng)，培訓(xùn)過(guò)程需要使用的零件數(shù)量，取決于被檢查零件的可變性。對(duì)于簡(jiǎn)單的零件，培訓(xùn)過(guò)程大約只需要5個(gè)零件；對(duì)于更復(fù)雜的零件，則培訓(xùn)過(guò)程所需的零件數(shù)量可能更多。典型情況下，首先要捕獲一個(gè)對(duì)象的大約100幅圖像。然后對(duì)合格和不合格的零件成像，操作者將其輸入系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行培訓(xùn)。一旦培訓(xùn)完成，將其他零件呈現(xiàn)給系統(tǒng)，并且系統(tǒng)向操作者查詢(xún)關(guān)于部件的狀況，以加強(qiáng)監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)。

零件被分類(lèi)后，它們將圍繞旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)。為了根據(jù)缺陷對(duì)零件分類(lèi)，一個(gè)與系統(tǒng)主機(jī)相連的PLC，觸發(fā)Festo公司的吹氣閥，從而將零件分別放置到不同的箱子中。通過(guò)以不同的方式配置系統(tǒng)，零件可以按照“合格”和“不合格”分類(lèi)，或者也可以根據(jù)檢測(cè)到的缺陷類(lèi)型，將零件分別放置到不同的箱子中。在很多情況下，在分類(lèi)之后，有缺陷的零件可以被再循環(huán)或重新生產(chǎn)。