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机器视觉工业缺陷检测

   视觉检测系统基本组成主要包括图像的获取、图像的处理分析、数据管理及人机交互(也有的分为相机、光源、镜头、图像采集卡、视觉处理系统等五个部分)。其中图像的获取模块,硬件部分主要包括照明光源、相机、镜头、图像采集卡等。图像的处理分析,软件算法部分主要包括图像的预处理与检测处理,预处理对图像数据进行加工,使我们需要的图像特征更加明显;检测处理是根据图像特征对损伤、尺寸进行检测。数据管理及人机交互,对于检测到的物体是否合格,以及去向根据实际需要做相应的处理。


一、硬件选型

1、光源的选择

光源是基础,打光是艺术。一个好的打光效果,基本决定了视觉检测成功的一大半。

光源的合理性选择,直接影响了输入图像数据的质量与应用效果。针对每个不同的应用案例与环境,需要选择相应的光源与合理的照明方式,以求达到最好的应用效果。

(一)光源可分为可见光和不可见光。

常用的几种可见光源有LED灯、萤光灯、卤素灯(光纤光源)、特殊光源。

LED 灯:

• 使用寿命约10000-30000小时。

• 可以使用多个LED达到高亮度,同时可组合不同的形状;

• 响应速度快,波长可以根据用途选择,制成不同的颜色。

萤光灯:

• 使用寿命大约1500-3000小时;

• 优点:扩散性好、适合大面积均匀照射;

• 缺点:响应速度慢,亮度较暗。

光纤卤素灯:

• 使用寿命大约1000小时;

• 优点:亮度高;

• 缺点:响应速度慢,几乎没有光亮度和色温的变化。

(二)按照射方式不同可分为背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。

背向照明是被测物放在光源和摄像机之间,它的优点是能获得高对比度的图像,图像效果为黑白分明的被测物轮廓,常用于尺寸测量;

前向照明是光源和摄像机位于被测物的同侧,这种方式便于安装,主要用于检测物体表面的重要细节特征、缺陷和划痕。

结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上,根据它们产生的畸变,解调出被测物的三维信息。

频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上,摄像机拍摄要求与光源同步。

(三)按照照明方式可分为穹形光源、环形光源、平行光源、同轴光源、点光源、低角度光源、线光源、光栅等。

选择光源的角度:根据期望的图像效果,选择不同入射角度的光源。

穹形光源,主要用于球型或曲面物体的缺陷检测、不平坦的光滑表面字符的检测、金属或镜面的表面检测。如玻璃瓶、滚珠、小工件表面、塑料或铝制容器等。

环形光照射,多用于集成电路料带与管脚字符、金属工件刻印字符、光滑表面划痕、瓶口尺寸或裂痕、平面工件表面质量检测。

条形光源(可控照明,红色,蓝色,绿色单色光源)也叫条形灯是一种从侧面打光的照明光源,常用的角度是45度,也有更小的角度。侧光灯可以避免正面照射产生的强烈反光,同时还可以对边缘部分实现高亮的照明。是一种在尺寸测量、外观检测方面应用非常广泛的一种照明方式。常用于:LCD缺陷的检测、包装文字检测、包装膜破损检测、纸张质量检测、常规印刷质量检测、制造物裂纹的检测、电子部件的形状识别和大小的测量、各种线阵检测等。

同轴光照射,图像效果为明亮背景上的黑色特征,用于反光厉害的平面物体检测,能够加强有差异角度的表面特征,增强表面纹理(划痕、凹陷、压印),减少阴影。如金属、玻璃等光洁表面的划痕和瑕疵检测,芯片和硅片的破损检测、金属件上的冲压字符检测、线路板焊点与符号、集成电路的管脚字符检测等。

高角度照射,图像整体较亮,适合表面不反光物体;

低角度照射,图像背景为黑,特征为白,可以突出被测物轮廓及表面凹凸变化;

多角度照射,图像整体效果较柔和,适合曲面物体检测;

   结构 一个典型的视觉图像检测系统包括:光源、镜头、工业相机(包括CCD 相机和COMS相机)、图像采集单元、图像处理软件、监视器、通讯 / 输入输出单元等。

   工作原理:视觉图像检测系统采用CCD照相机将被检测的目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号,图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,如面积、数量、位置、长度,再根据预设的允许度和其他条件输出结果,包括尺寸、角度、个数、合格 / 不合格、有 / 无等缺陷检测,实现自动识别功能。

   在新能源领域,缺陷检测成本的降低和效率的提升对行业的发展具有举足轻重的作用,在光热行业中镜场作为成本占比较高,而国内目前在镜场设计和检测方面仍存在光学技术薄弱,设计及优化能力欠缺问题


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