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          影響機(jī)器視覺檢測(cè)設(shè)備測(cè)量精度的因素有哪些

          共 3600字,需瀏覽 8分鐘

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          2023-02-04 08:25

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          來(lái)源:沖壓幫
          近些年機(jī)器視覺 系統(tǒng)應(yīng)用已經(jīng)的非常廣泛,機(jī)器視覺系統(tǒng)的高精度、高檢測(cè)效率、降低生產(chǎn)成本,深受企業(yè)青睞。再好的東西也會(huì)出現(xiàn)問題,機(jī)器視覺系統(tǒng)在使用過程中,由于各種因素的影響,測(cè)量精度會(huì)降低,給企業(yè)帶來(lái)不便。今天我們就來(lái)講講影響機(jī)器視覺檢測(cè)設(shè)備測(cè)量精度的因素有哪些,在遇到問題時(shí)能提供一些參考。

          在一些機(jī)器視覺檢測(cè)項(xiàng)目中,許多客戶都遇到了檢測(cè)精度的問題。例如,要求以10um的精度測(cè)量加工零件的外部尺寸、內(nèi)徑和外徑。目前很多配置選擇500萬(wàn)工業(yè)相機(jī)鏡頭頭,理論上可以達(dá)到10um的精度。但是實(shí)際客戶測(cè)試的精度離10um的要求還很遠(yuǎn),能做到30um就很不錯(cuò)了。誤差大的主要原因如下:

          01、視覺檢測(cè)設(shè)備硬件方面的選擇

          1、工業(yè)相機(jī)的選擇 

          CMOS相機(jī)本身芯片的特點(diǎn),在拍攝一些物體時(shí),容易造成邊緣輪廓的對(duì)比度較差,圖像噪聲較大,給軟件測(cè)量帶來(lái)誤差,需要花較多的時(shí)間解決。 


          2、光源的選擇 

          光源也視覺檢測(cè)精度中很重要的一環(huán)。在某些應(yīng)用場(chǎng)景要求高的情況下,背光源會(huì)在在某一點(diǎn)產(chǎn)生的光會(huì)向空間任意角度發(fā)散,如果檢測(cè)圓形、柱形物體,在被測(cè)物體的邊緣會(huì)產(chǎn)生很明顯的衍射現(xiàn)象,導(dǎo)致拍攝的圖像效果出現(xiàn)偏差。另外,光源的亮度對(duì)物品拍攝的亮暗有著很大的影響。 


          3、鏡頭的選擇 

          因?yàn)楹芏鄼C(jī)械部件都有高低差和大景深。但是普通鏡頭由于透視因素很難拍攝在軟件處理過程中,很難找到最真實(shí)、最準(zhǔn)確的邊緣輪廓,圖像處理算法提出了更高的圖像處理算法要求。


          02、視覺檢測(cè)設(shè)備軟件方面的問題

          1.軟件算法出現(xiàn)錯(cuò)誤 
          即使再嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊曈X檢測(cè)方法、計(jì)算公式和圖像處理方法,在不同的環(huán)境與設(shè)備影響下,也難以避免對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度產(chǎn)生影響,造成一定程度的誤差,但這種誤差處理起來(lái)相對(duì)容易。

          2.校準(zhǔn)誤差 
          校準(zhǔn)過程是視覺檢測(cè)必須的一個(gè)過程。系統(tǒng)會(huì)在校準(zhǔn)過程中引入誤差。該方法利用攝像機(jī)視場(chǎng)不同位置的多個(gè)圖像校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)部件,計(jì)算其平均值作為校正系數(shù),消除鏡頭畸變引起的誤差。但有一點(diǎn)要注意,標(biāo)定過程會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)性誤差。 

          3、成像系統(tǒng)誤差
          工業(yè)相機(jī)的分辨率越高,而被測(cè)物體的實(shí)際尺寸越小。成像物體表面的分辨率越高,系統(tǒng)檢測(cè)精度就會(huì)越高。幾何失真是影響光學(xué)檢測(cè)精度的典型系統(tǒng)誤差和重要因素。

          03、視覺檢測(cè)中環(huán)境影響

          1、振動(dòng) 

          振動(dòng)在視覺檢測(cè)中最影響效果的因素之一。即使是輕微的振動(dòng)也可能會(huì)導(dǎo)致圖像模糊和失真,而可變部分可能導(dǎo)致不同的圖像,長(zhǎng)期曝光會(huì)導(dǎo)致圖像清晰度失真。因此大部分工業(yè)相機(jī)都經(jīng)過防震處理,同時(shí)還需要保證相機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中有良好平穩(wěn)性,減少振動(dòng)的影響。


          2、環(huán)境光 

          光污染在視覺檢測(cè)中是很難避免的,光污染會(huì)導(dǎo)致拍攝的圖像失真、模糊。在視覺檢測(cè)中可以使用高亮度調(diào)制光源,同時(shí)減少傳感器的曝光時(shí)間、減小光圈,能有效將環(huán)境光的影響降至最低。 


          3、污漬,水汽和灰塵 

          在一些視覺檢測(cè)中不可避免會(huì)出現(xiàn)污漬,水汽,灰塵。這污漬,水汽,灰塵會(huì)附著在相機(jī)鏡頭和光源表面產(chǎn)生遮擋,影響成像的質(zhì)量,不利于視覺檢測(cè)。 


          4、溫度 

          一般情況下工業(yè)相機(jī)工作環(huán)境的溫度-5度到65度之間,過高的溫度環(huán)境會(huì)給相機(jī)成像帶來(lái)噪度,影響成像的質(zhì)量,從而影響視覺檢測(cè)結(jié)果。 


          5、維護(hù)與保養(yǎng) 

          視覺檢測(cè)設(shè)備是很精密的,因此選擇使用環(huán)境也很重要。不能隨便弄個(gè)場(chǎng)地,好的環(huán)境,對(duì)設(shè)備安裝也有好處。視覺檢測(cè)設(shè)備的狀態(tài)良好與否,是檢測(cè)結(jié)果的重要前提。


          精度測(cè)量取決于分辨率

          在機(jī)器視覺測(cè)量中提供高精度和低不確定度的決定性因素是獲取的圖像的分辨率。在這種情況下,術(shù)語(yǔ)分辨率 (或圖像分辨率)意味著以實(shí)際單位的單個(gè)像素的大小。簡(jiǎn)而言之,如果一個(gè)攝像機(jī)傳感器在水平方向上包含1000個(gè)像素,并且采用光學(xué)器件來(lái)獲取覆蓋真實(shí)世界場(chǎng)景中1英寸寬的區(qū)域的圖像,則單個(gè)像素將代表0.001“。請(qǐng)注意,這是相機(jī)制造商或分析軟件不會(huì)改變的基本指標(biāo)。

          一個(gè)特定的應(yīng)用程序有多少像素就足夠了?



          作為一種衡量標(biāo)準(zhǔn),機(jī)器視覺系統(tǒng)中最小的測(cè)量單位(稍后提到的一些例外情況)就是單個(gè)像素。與任何測(cè)量系統(tǒng)一樣,為了進(jìn)行可重復(fù)和可靠的測(cè)量,必須使用最小測(cè)量單位(作為一般經(jīng)驗(yàn)法則)為所需測(cè)量公差帶的十分之一的測(cè)量?jī)x。在剛描述的例子中,可以估計(jì)系統(tǒng)提供大約+/- 0.005“的精確度測(cè)量(0.01”的公差帶,十倍儀表單位)。

          工程師首先使用機(jī)器視覺進(jìn)行測(cè)量往往嚴(yán)重低估了達(dá)到理想水平的測(cè)量精度不確定性所需的像素?cái)?shù)量。事實(shí)上,它可能需要多臺(tái)攝像機(jī),專業(yè)攝像機(jī)(如線掃描成像儀)或單個(gè)部件的多個(gè)視圖來(lái)達(dá)到指定檢測(cè)容差所需的分辨率。

          如果需要,展開解決方案
          有時(shí)候,我們可以用數(shù)學(xué)方法在成像系統(tǒng)中擠出額外的分辨率,使用算法來(lái)報(bào)告亞像素重復(fù)性的特征。一些例子是灰度邊緣分析,幾何或相關(guān)搜索,圓形或線條擬合等回歸,以及某些情況下的連通性。如果可以通過使用這些工具來(lái)考慮子像素結(jié)果,則如前所述,最小的測(cè)量單位可以小于單個(gè)像素。請(qǐng)注意,由供應(yīng)商提供的子像素能力估計(jì)值只是這個(gè)估計(jì)值,通常用于最好的成像,光學(xué)和部件表示。請(qǐng)謹(jǐn)慎使用任意子像素期望值作為指定系統(tǒng)測(cè)量功能的決定性因素。用實(shí)際零件和圖像測(cè)試系統(tǒng),以經(jīng)驗(yàn)確定子像素的能力。

          使用高分辨率光學(xué)元件
          成像是光學(xué)和照明的功能(我們將在后面討論,部分介紹)。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用,所使用的唯一光學(xué)器件將是透鏡組件,但是選擇該透鏡對(duì)于度量應(yīng)用是至關(guān)重要的。除了向傳感器提供適當(dāng)?shù)恼鎸?shí)世界尺寸的圖像之外,為了計(jì)量,鏡頭必須盡可能精確地再現(xiàn)圖像而不失真。此外,鏡頭也具有分辨率度量標(biāo)準(zhǔn),其通常被指定為每mm或者每英寸的線對(duì)(lp / mm,lp / in),并且通過擴(kuò)展可以具有用于MTF(調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù))的規(guī)格或者更簡(jiǎn)單地具有能力在高lp / mm的情況下產(chǎn)生高對(duì)比度的鏡頭。像素?cái)?shù)越高,這些鏡頭指標(biāo)越重要。確保指定的光學(xué)元件是為機(jī)器視覺應(yīng)用設(shè)計(jì)的高質(zhì)量,高分辨率產(chǎn)品。

          遠(yuǎn)心鏡頭在許多情況下對(duì)測(cè)量應(yīng)用非常有用。遠(yuǎn)心鏡頭使用光學(xué)組合來(lái)實(shí)際消除由圖像中的視差引起的所有失真。其結(jié)果是幾乎所有圖像都與傳感器平行的圖像。平面幾何關(guān)系(在圖像平面中)完全保留,使測(cè)量更加直接和直接。一如既往,在規(guī)范之前測(cè)試成像。

          對(duì)于需要非常小視場(chǎng)(例如小于幾毫米)的應(yīng)用,請(qǐng)考慮使用專門為機(jī)器視覺制造的顯微鏡光學(xué)元件和/或高倍率光學(xué)元件。這些可從許多供應(yīng)商處獲得。不建議使用擴(kuò)展器或附加放大倍率將標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)元件推至更高倍率。

          關(guān)于照明和部件特征以及展示的以下想法。

          選擇正確的照明
          在計(jì)量學(xué)中,照明的選擇可能起關(guān)鍵作用。不幸的是,沒有具體的規(guī)則可以應(yīng)用于照明。盡管在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化背光的物理實(shí)現(xiàn)可能是一個(gè)挑戰(zhàn),但許多計(jì)量應(yīng)用都受益于背光照明(如下所述,部分展示)。正面照明可能會(huì)突出顯示必須標(biāo)識(shí)以進(jìn)行測(cè)量的特征邊緣。考慮使用低角度或結(jié)構(gòu)化的照明來(lái)突出低對(duì)比度的特點(diǎn)。當(dāng)試圖測(cè)量非常小的特征(例如分辨率低于0.001mm)時(shí),可以使用長(zhǎng)波長(zhǎng)的顏色,例如藍(lán)色或紫色來(lái)提高對(duì)比度。如果零件處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(即使不是),請(qǐng)考慮使LED照明器頻閃以獲得最佳強(qiáng)度和燈泡壽命。
          在所有情況下,成功的機(jī)器視覺照明都需要在實(shí)驗(yàn)室和地板上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以確保選擇正確的組件。

          注意零件特征
          給定特定照明技術(shù)的照相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)可見的特征通常不具有用于機(jī)器視覺工具的相同特征,可以在零件印刷上指定或使用手動(dòng)測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)量。例如,測(cè)量直徑較小但相當(dāng)深的通孔的直徑 - 高精度和低不確定性。如果使用前部照明,則只會(huì)測(cè)量孔的頂部邊緣。如果期望的檢查是模仿插入量規(guī),這可能是不可接受的。另一方面,如果使用背光,由于孔的深度,光學(xué)器件不可能“平均”圖像中的整個(gè)孔。更有可能的是,光學(xué)器件將集中在鉆孔頂部,底部,中部的某一深度處,并且這個(gè)結(jié)果可能不是所期望的。仔細(xì)選擇照明,光學(xué)和算法,以確保測(cè)量商定的表面。了解在許多情況下,出于上述原因,在線非接觸機(jī)器視覺測(cè)量不會(huì)完全重復(fù)物理測(cè)量設(shè)備。

          進(jìn)行精確測(cè)量
          被檢測(cè)的部件必須重復(fù)呈現(xiàn)。在離線設(shè)置中,成像,光學(xué),分辨率和算法可能都是完美的,但是您發(fā)現(xiàn)在線測(cè)量的可重復(fù)性和可靠性很差。通常情況下,部分呈現(xiàn)不一致。有時(shí)候,部分演示甚至可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)某種度量。以例如前面描述的小而深的鉆孔為例。當(dāng)該孔的表面垂直于透鏡時(shí),圖像直接從孔的深處取下,可以成功測(cè)量。但是,如果零件稍微傾斜,那么這樣的孔可以明顯地變成橢圓形,或者如果是背光,則會(huì)被完全遮蔽。對(duì)于非接觸式測(cè)量的成像,首先必須減輕所有可能的零件表示變化,然后理解在任何情況下,零件表示都將對(duì)測(cè)量中的一些疊加誤差負(fù)責(zé)。在確定和指定分辨率,光學(xué)和照明時(shí)考慮到這一點(diǎn)。

          本文僅做學(xué)術(shù)分享,如有侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系刪文。

          —THE END—

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