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外觀檢測基礎(chǔ)

外觀檢測/瑕疵模式

外觀檢測是指確認(rèn)部件或產(chǎn)品表面異物、瑕疵、缺陷的檢測。外觀檢測一般包括如下檢測內(nèi)容。

  • 附著在食品包裝上的異物檢測
  • 附著在布上的臟污檢測
  • 金屬或樹脂部件上的瑕疵檢測
  • 樹脂或橡膠成型時發(fā)生的缺陷、毛刺的缺陷檢測
  • 確認(rèn)LED是否全亮燈的缺陷檢測 等等

以往依靠目視的外觀檢測,近年來隨著工廠自動化(FA:Factory Automation)的發(fā)展,開始導(dǎo)入圖像處理系統(tǒng)。本資料對外觀檢測的基本原理進(jìn)行講解。

瑕疵模式的原理

圖像傳感器利用攝像元件 CCD 的每個像素的濃度(明暗) 數(shù)據(jù),根據(jù)濃度的變化來檢測瑕疵或邊緣部??紤]到處理全部像素?cái)?shù)據(jù)所需時間過長,同時一些不必要的噪點(diǎn)數(shù)據(jù)會影響檢查的結(jié)果,因此在本公司生產(chǎn)的 CV 系列中,采用由數(shù)個像素構(gòu)成的小“段”的平均濃度,通過與周圍的平均濃度進(jìn)行對比的方法來檢測瑕疵。

計(jì)算由4*4個像素構(gòu)成的段的平均濃度,然后與周圍段的平均濃度進(jìn)行比較。
上圖中,在紅線標(biāo)出的段內(nèi)檢測到瑕疵。

瑕疵模式算法(各段與周圍段進(jìn)行比較和計(jì)算的方法)

下面介紹本公司生產(chǎn)的 CV 系列中瑕疵測量模式的算法。

檢測原理 (檢測方向?yàn)閄)
  1. 在檢測區(qū)域內(nèi),將各種尺寸的小區(qū)域(段)移動其段大小的 1/4 量的同時,進(jìn)行平均濃度的測定。
  2. 在包括當(dāng)前段(右圖(1)95的位置))在內(nèi)的檢測方向4 段中,測量最大濃度和最小濃度。該值就是當(dāng)前段的"瑕疵等級"。
  3. 瑕疵等級超過了設(shè)定臨界值時,將該當(dāng)前段作為瑕疵進(jìn)行計(jì)數(shù)。該計(jì)數(shù)值則作為"瑕疵量"檢查結(jié)果。

之后,在區(qū)域內(nèi)每次以一定的移動量移動當(dāng)前段時重復(fù)以上(1)~(3)步驟。

指定檢測方向?yàn)閄Y(二維)時的處理方法

以XY為檢測方向時,對于包括當(dāng)前段在內(nèi)的 X、Y方向的各 4個段(共計(jì)16個段),計(jì)算最大濃度與最小濃度的差值。

通過比較周圍 4 個段 (而不僅是相鄰 2 個段) 的濃度,可以檢測出微小的濃度變化( 瑕疵)。

瑕疵模式的原理 總結(jié)

瑕疵模式,是借助“段”這種由幾個像素組成的小單位,與周圍進(jìn)行分段比較,將濃度變化點(diǎn)檢測為瑕疵或污點(diǎn)的模式。通過分段處理,可以在降低干擾影響的同時實(shí)現(xiàn)高速性,通過將多個候選項(xiàng)與周圍段進(jìn)行比較,可使過去難以實(shí)現(xiàn)的對“微小瑕疵”、“輕薄污點(diǎn)”等的檢測成為可能。*
*與本公司CV-700 產(chǎn)品的比較

瑕疵模式的優(yōu)化設(shè)置方法

理想段尺寸

下面介紹瑕疵檢查的優(yōu)化設(shè)置方法。
通過調(diào)整段尺寸,可以優(yōu)化檢測敏感度及處理時間。

右表所示的試驗(yàn)結(jié)果表示的是段尺寸不同時,瑕疵水平與處理時間之間的變化關(guān)系(使用本公司生產(chǎn)的 CV-3000)。

段尺寸與檢測對象的尺寸基本相同時,瑕疵水平達(dá)到最大值。換言之,將段尺寸設(shè)為實(shí)際檢測對象的尺寸是一種同時兼顧檢測敏感度與處理時間的設(shè)置。

檢查示意圖

最佳段尺寸=瑕疵大?。╩m)×Y方向像素?cái)?shù)量/Y方向視野(mm)

例如:瑕疵尺寸為 2mm、視野為120mm( 方形)、采用24萬像素照相機(jī)(Y方向 480像素)。
則:2×480÷120=段尺寸8

適于圖像的段移動量/ 比較間隔的設(shè)置

瑕疵模式的兩個參數(shù)——移動量及比較間隔可以決定進(jìn)行濃度比較時的段移動距離。

通過調(diào)整這些參數(shù),可以更好地檢測“ 小尺寸瑕疵”、“ 顏色較淺的污跡”等有特點(diǎn)的瑕疵·污跡。

比較間隔= 3 時 瑕疵等級= 13
比較間隔= 3 時
瑕疵等級= 13
比較間隔= 12 時 瑕疵等級= 4
比較間隔= 12 時
瑕疵等級= 4

增加比較間隔后,即使?jié)舛茸兓淮?,瑕疵水平值也會變大?/p>

檢測小尺寸瑕疵時,應(yīng)該將移動量及比較間隔均設(shè)為較小的值,以便進(jìn)行細(xì)致比較。
檢測顏色較淺的污跡時,需要將移動量及比較間隔均設(shè)為較大的值,以便在更大的范圍內(nèi)進(jìn)行比較。

總之,為了得到良好的檢測效果,應(yīng)該根據(jù)瑕疵·污跡的種類進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。

瑕疵模式理想設(shè)定方法 總結(jié)

通過調(diào)整最佳段大小和移動量/比較間隔設(shè)定,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的檢測最佳化。最佳設(shè)定,就是將段大小設(shè)定為和瑕疵/污點(diǎn)同樣的大小,并根據(jù)瑕疵/污點(diǎn)的大小和濃度,設(shè)定移動量和比較間隔。

圓周方向瑕疵檢查的原理

對于 PET 瓶、軸承、O圈等圓形的工件,應(yīng)根據(jù)其曲線的外形制定適宜的外觀檢查方法。

這里,我們采用了利用程序進(jìn)行“極座標(biāo)轉(zhuǎn)換”的方法。
將圓弧形的窗口(檢查區(qū)域)轉(zhuǎn)換成方形,通過對比圓周及半徑方向上的段濃度來檢測瑕疵。

通過預(yù)處理提高瑕疵模式的使用效果

差分預(yù)處理:忽略印刷部分,只檢查污跡

如果沒有標(biāo)準(zhǔn),只是測量濃淡變化值,則難以區(qū)分污跡和印 刷文字。其結(jié)果往往是將清晰的印刷文字(而不是較淺的污跡)作為瑕疵或污跡檢測出來。

通過保存合格品圖像,進(jìn)行每次輸入圖像及差分預(yù)處理,可以對于作為差分保留下來的圖像進(jìn)行256 級平均濃度比較。這樣,即使工件上有復(fù)雜的印刷文字或圖案,也可以檢測出污跡或瑕疵。

實(shí)時差分預(yù)處理

該濾鏡可以通過提取原圖像與原圖像經(jīng)過膨脹收縮濾鏡處理后的圖像之間的差分,從而檢測出極小的黑點(diǎn)等缺陷之處。利用該濾鏡時,可以免去根據(jù)形狀復(fù)雜的對象物體的輪廓進(jìn)行的區(qū)域設(shè)置,也不需要進(jìn)行對象物體的位置修正,因此設(shè)置更簡單。

杯子內(nèi)壁的臟污檢查
實(shí)時差分濾鏡的原理

外觀檢測/瑕疵模式 總結(jié)

要最大程度發(fā)揮瑕疵模式的作用,請牢記以下3點(diǎn)。

  • 根據(jù)需要檢測的瑕疵大小,設(shè)定段大小
  • 根據(jù)瑕疵的大小及濃度,設(shè)定移動量/比較間隔
  • 根據(jù)工件的形狀,組合預(yù)處理設(shè)定

最后,對于視覺系統(tǒng)而言,拍攝清晰的圖像很重要。

下一個主題是尺寸測量/邊緣檢測的原理及運(yùn)用方法。

邊緣可用于位置/寬度/節(jié)距/角度等各類用途。

下面就邊緣模式的算法及其運(yùn)用方法進(jìn)行說明。

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