尺寸測量

作為外觀檢測之一的尺寸檢測，是判定部件及產(chǎn)品加工/組裝是否符合規(guī)格要求的重要檢測。在如下的尺寸檢測中，可以借助視覺系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動化。

測量部件及產(chǎn)品的最大、最小尺寸
測量O形環(huán)內(nèi)徑及外徑的最大值、最小值、平均值、中心坐標(biāo)等
測量金屬部件頂端部分的R或角度
測量端面及標(biāo)簽的位置
測量膜片、薄膜狀產(chǎn)品的寬度等

尺寸測量是檢測的基礎(chǔ)，卻受到人工及時(shí)間成本的制約。近年來，隨著工廠自動化（FA：Factory Automation）的推廣，借助視覺系統(tǒng)的尺寸測量也正在普及。下面將就利用視覺系統(tǒng)的尺寸測量介紹基本原理及其優(yōu)點(diǎn)、具體案例。

判斷加工是否符合規(guī)格要求，尺寸測量的基本原理

導(dǎo)入視覺系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

通常，部件及產(chǎn)品的尺寸都是借助千分尺、游標(biāo)卡尺等工具進(jìn)行測量，利用檢測夾具確認(rèn)精度是否存在波動。但使用千分尺、游標(biāo)卡尺等測量儀器進(jìn)行測量，會受到個人差及測量條件的影響，必然產(chǎn)生誤差。使用檢測夾具時(shí)，雖然可以判定尺寸是否處于公差范圍內(nèi)，但卻無法得知正確的測量值。

還可以用投影儀、輪廓形狀測量儀、3D測量儀等方法測量尺寸，但這些方法都必須依靠手動作業(yè)，時(shí)間和成本是一大難題。

而采用視覺系統(tǒng)，就能夠通過拍攝的數(shù)據(jù)，獲取各類尺寸信息。根據(jù)拍攝的數(shù)據(jù)，可以輕松測量部件及產(chǎn)品各部位的尺寸，并判定尺寸是否處于公差范圍內(nèi)。除了各部位的長度外，還能同時(shí)測量角度、圓的R等，還能以數(shù)值的形式保存為數(shù)據(jù)，這也是該功能的一大優(yōu)點(diǎn)。

通過全數(shù)檢測避免漏檢、不良品流出

用各種測量儀器及夾具檢測尺寸時(shí)，離線的工序增加。因此，這種形式的全數(shù)檢測，會耗費(fèi)大量的人工和成本。但抽取檢測又會造成漏檢、不良品流出的可能性。利用視覺系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行尺寸檢測，就可以在線上實(shí)施全數(shù)尺寸測量。在抑制成本的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定化。

檢測高速化帶來的生產(chǎn)性提升

可以在線上進(jìn)行部件及產(chǎn)品的尺寸測量，能大幅縮短檢測所需的時(shí)間。視覺系統(tǒng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了檢測的高速化，有助于提升生產(chǎn)性。

品質(zhì)信息的保存及管理

用夾具實(shí)施的尺寸檢測，無法獲取正確的測量數(shù)據(jù)。只能用來確認(rèn)尺寸是否處于公差范圍內(nèi)。而視覺系統(tǒng)實(shí)施的尺寸檢測，不僅能判定合格與否，還能獲取各部位的正確尺寸數(shù)值，便于保存和管理。利用好這些信息，還能有效確?？勺匪菪?，改良工序。

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尺寸測量的基礎(chǔ)　～借助邊緣檢測的測量～

借助視覺系統(tǒng)實(shí)施的尺寸檢測，通常會運(yùn)用邊緣檢測進(jìn)行測量。為了幫助各位理解邊緣檢測，下面將就必要的像素分辨率和亞像素處理基礎(chǔ)，以及邊緣檢測的原理進(jìn)行說明。

圖像分辨率和判定公差的關(guān)聯(lián)性

視覺系統(tǒng)的感光元件中，像素（pixel）呈格子狀排列。尺寸測量可以根據(jù)該像素?cái)?shù)及拍攝視野大致計(jì)算出“尺寸公差”。其中最重要的，就是代表“感光元件中的1像素相當(dāng)于多少mm”的“像素分辨率”。像素分辨率可通過以下公式表達(dá)。

像素分辨率＝拍攝視野（Y方向）［mm］ ÷ 感光元件的Y方向像素?cái)?shù)［像素］

例如，假設(shè)使用了31萬像素和200萬像素的相機(jī)。31萬像素的Y方向像素?cái)?shù)為480像素，200萬像素則為1200像素。

將拍攝視野設(shè)為100 mm時(shí)

【31萬像素】: 像素分辨率?。健?00 mm　÷　480像素?。健?.208 mm/像素
【200萬像素】: 像素分辨率?。健?00 mm　÷　1200像素　＝　0.083 mm/像素
【2100萬像素】: 像素分辨率　＝　100 mm　÷　4092像素?。健?.024 mm/像素

像素分辨率如上所示。下面，將針對31萬像素到2100萬像素相機(jī)，對像素分辨率的情況做大致總結(jié)。

像素分辨率參考值

	拍攝視野（Y方向）［mm］
相機(jī)的像素?cái)?shù)	1	5	10	20	30	50	100	200	500
31萬像素	0.002	0.01	0.021	0.042	0.063	0.104	0.208	0.417	1.042
200萬像素	0.0008	0.004	0.008	0.017	0.025	0.042	0.083	0.167	0.417
500萬像素	0.0005	0.002	0.005	0.01	0.015	0.024	0.049	0.098	0.244
2100萬像素	0.0002	0.001	0.002	0.005	0.007	0.012	0.024	0.049	0.122

*31萬像素傳感器CCD的Y方向像素?cái)?shù)　＝　480像素
*200萬像素傳感器CCD的Y方向像素?cái)?shù)?。健?200像素
*500萬像素傳感器CCD的Y方向像素?cái)?shù)　＝　2050像素
*2100萬像素相機(jī)感光元件的Y方向像素?cái)?shù)?。健?092像素

尺寸檢測中，公差被作為辨別良品和不良品的閾值，通常以±5像素為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。該公式中，將可以作為公差進(jìn)行穩(wěn)定判定的像素?cái)?shù)，當(dāng)作重復(fù)精度的10倍左右，視覺系統(tǒng)的理想條件約為0.1像素，為了留有余地，將重復(fù)精度假設(shè)為0.5像素。將該重復(fù)精度的10倍——±5像素作為能夠設(shè)定為公差的最小估算值，就可以通過以下公式，求出實(shí)際尺寸值。

公差實(shí)際尺寸值［mm］＝像素分辨率（Y方向視野尺寸（mm）÷ CCD的Y方向像素?cái)?shù)） × 5像素

【31萬像素】: 尺寸公差＝ 0.208 mm/像素 × 5像素＝ 1.04 mm
【200萬像素】: 尺寸公差＝ 0.083 mm/像素 × 5像素＝ 0.415 mm
【2100萬像素】: 尺寸公差＝ 0.024 mm/像素 × 5像素＝ 0.12 mm

如上所示，必須根據(jù)精度要求選擇視覺系統(tǒng)及拍攝視野。

公差判定值參考值

	拍攝視野（Y方向）［mm］
相機(jī)的像素?cái)?shù)	1	5	10	20	30	50	100	200	500
31萬像素	0.01	0.05	0.1	0.2	0.3	0.5	1.0	2.1	5.2
200萬像素	0.004	0.02	0.04	0.08	0.1	0.2	0.4	0.8	2.1
500萬像素	0.002	0.01	0.02	0.05	0.07	0.1	0.2	0.5	1.2
2100萬像素	0.001	0.006	0.01	0.02	0.04	0.06	0.1	0.2	0.6