外觀檢測是指確認部件或產品表面異物、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生的缺陷、毛刺的缺陷檢測
  • 確認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的發展,開始導入圖像處理系統。下面對外觀檢測的基本原理進行講解。

瑕疵模式的原理

分割

圖像傳感器利用攝像元件 CCD 的每個像素的濃度(明暗) 數據,根據濃度的變化來檢測瑕疵或邊緣部。考慮到處理全部像素數據所需時間過長,同時一些不必要的噪點數據會影響檢查的結果,采用由數個像素構成的小“分割”的平均濃度,通過與周圍的平均濃度進行對比的方法來檢測瑕疵。

外觀檢測以及瑕疵檢測的基本原理-機器視覺_視覺檢測設備_3D視覺_缺陷檢測
計算由四個像素構成的分割的平均濃度,然后與周圍分割的平均濃度進行比較。
上圖中,在紅線標出的分割內檢測到瑕疵。

瑕疵模式算法(各分割與周圍分割進行比較和計算的方法)

下面介紹瑕疵測量模式的算法。

檢測原理 (檢測方向為X)
  1. 在檢測區域內,將各種尺寸的小區域(分割)移動其分割大小的 1/4 量的同時,進行平均濃度的測定。
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  2. 在包括當前分割(右圖(1)95的位置))在內的檢測方向4 分割中,測量最大濃度和最小濃度。該值就是當前分割的”瑕疵等級”。
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  3. 瑕疵等級超過了設定臨界值時,將該當前分割作為瑕疵進行計數。該計數值則作為”傷量”檢查結果。
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之后,在區域內每次以一定的移動量移動當前分割時重復以上(1)~(3)步驟。

指定檢測方向為XY(二維)時的處理方法
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以XY為檢測方向時,對于包括當前分割在內的 X、Y方向的各 4個分割(共計16個分割),計算最大濃度與最小濃度的差值。

通過比較周圍 4 個分割 (而不僅是相鄰 2 個分割) 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

瑕疵模式,是借助“段”這種由幾個像素組成的小單位,與周圍進行分段比較,將濃度變化點檢測為瑕疵或污點的模式。通過分段處理,可以在降低干擾影響的同時實現高速性,通過將多個候選項與周圍段進行比較,可使過去難以實現的對“微小瑕疵”、“輕薄污點”等的檢測成為可能。*

瑕疵模式的優化設置方法

理想分割尺寸

下面介紹瑕疵檢查的優化設置方法。
通過調整分割尺寸,可以優化檢測敏感度及處理時間。

右表所示的試驗結果表示的是分割尺寸不同時,瑕疵水平與處理時間之間的變化關系。

分割尺寸與檢測對象的尺寸基本相同時,瑕疵水平達到最大值。換言之,將分割尺寸設為實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置。

外觀檢測以及瑕疵檢測的基本原理-機器視覺_視覺檢測設備_3D視覺_缺陷檢測
外觀檢測以及瑕疵檢測的基本原理-機器視覺_視覺檢測設備_3D視覺_缺陷檢測

最佳分割尺寸=瑕疵大小(mm)×Y方向像素數量/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(Y方向
480像素)。
則:2×480÷120=分割尺寸8

適于圖像的分割移動量/ 比較間隔的設置

瑕疵模式的兩個參數——移動量及比較間隔可以決定進行濃度比較時的分割移動距離。

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

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檢測小尺寸瑕疵時,應該將移動量及比較間隔均設為較小的值,以便進行細致比較。
檢測顏色較淺的污跡時,需要將移動量及比較間隔均設為較大的值,以便在更大的范圍內進行比較。

總之,為了得到良好的檢測效果,應該根據瑕疵·污跡的種類進行適當的設置。

瑕疵模式理想設定方法 總結

通過調整最佳段大小和移動量/比較間隔設定,實現目標物的檢測最佳化。最佳設定,就是將段大小設定為和瑕疵/污點同樣的大小,并根據瑕疵/污點的大小和濃度,設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,應根據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行“極座標轉換”的方法。
將圓弧形的窗口(檢查區域)轉換成方形,通過對比圓周及半徑方向上的分割濃度來檢測瑕疵。

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通過預處理提高瑕疵模式的使用效果

差分濾鏡:忽略印刷部分,只檢查污跡

如果沒有標準,只是測量濃淡變化值,則難以區分污跡和印
刷文字。其結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,進行每次輸入圖像及差分預處理,可以對于作為差分保留下來的圖像進行256 級平均濃度比較。

這樣,即使工件上有復雜的印刷文字或圖案,也可以檢測出污跡或瑕疵。

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實時差分濾鏡

該濾鏡可以通過提取原圖像與原圖像經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等缺陷之處。利用該濾鏡時,可以免去根據形狀復雜的對象物體的輪廓進行的區域設置,也不需要進行對象物體的位置修正,因此設置更簡單。

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實時差分濾鏡的原理
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外觀檢測/瑕疵模式 總結

要最大程度發揮瑕疵模式的作用,請牢記以下3點。

  • 根據需要檢測的瑕疵大小,設定段大小
  • 根據瑕疵的大小及濃度,設定移動量/比較間隔
  • 根據工件的形狀,組合預處理設定

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