機(jī)器視覺(jué)金屬罐蓋缺陷檢測(cè)

2023-02-06 12:21:20 精質(zhì)視覺(jué)

　　在易拉罐罐蓋的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于原材料的缺陷、設(shè)備的老化、員工的操作不當(dāng)及其它因素的影響使得罐蓋可能產(chǎn)生多種缺陷，其中常見(jiàn)的缺陷有壓點(diǎn)、劃痕、擦傷、油污、膠圈不勻、無(wú)膠、變形等。

　　在金屬罐蓋檢測(cè)方面，利用機(jī)器視覺(jué)智能檢測(cè)系統(tǒng)能夠高速、準(zhǔn)確的檢測(cè)金屬罐蓋壓點(diǎn)、劃痕、擦傷和油污等缺陷，同時(shí)可以節(jié)省勞動(dòng)力，降低成本，減少生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品品質(zhì)，為企業(yè)增加效益，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

　　存在的主要問(wèn)題

　　分析機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在相關(guān)行業(yè)應(yīng)用中的特點(diǎn)，成功的關(guān)鍵在于光源的設(shè)計(jì)、圖像算法的設(shè)計(jì)和相應(yīng)軟件的設(shè)計(jì)。光源的設(shè)計(jì)主要依據(jù)對(duì)象的形狀、顏色信息及現(xiàn)場(chǎng)具體狀況;算法的設(shè)計(jì)主要分為圖像預(yù)處理、圖像增強(qiáng)、區(qū)域分割、目標(biāo)提取、識(shí)別或檢測(cè)幾個(gè)步驟，閩值分割、平滑濾波、邊緣提取是數(shù)字圖像處理中常用的算法;系統(tǒng)軟件要以需求分析為前提，進(jìn)行合理的系統(tǒng)層次設(shè)計(jì)和界面布局以優(yōu)化應(yīng)用效果和提升用戶體驗(yàn)。

　　目前存存的主要問(wèn)題：照明光源的設(shè)計(jì)。照明效果對(duì)罐蓋的質(zhì)量檢測(cè)極為重要，環(huán)形光照明方向眭較強(qiáng)，對(duì)照明的均勻性和處理的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，同時(shí)小適用于形狀復(fù)雜的罐蓋。圖像的配準(zhǔn)。在圖像配準(zhǔn)中利用邊緣區(qū)域再次劃分小區(qū)域搜索的方法對(duì)區(qū)域定位的精度發(fā)速度產(chǎn)生了影響。多區(qū)域的劃分。采用單張圖片進(jìn)行了區(qū)域劃分，影響了區(qū)域劃分的準(zhǔn)確性，對(duì)后期多區(qū)域檢測(cè)產(chǎn)生了不利影響。檢測(cè)方法。由于罐蓋表面不同區(qū)域的特征差異性較大，采用單一的圖像處理算法不能達(dá)到預(yù)期的檢測(cè)效果，要針對(duì)不同區(qū)域的特性采用多種檢測(cè)算法相結(jié)合的方式進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)要考慮到算法的魯棒性。

　　缺陷分析

　　不當(dāng)?shù)臋C(jī)加工操作容易使得蓋面產(chǎn)生變形，扭曲和壓點(diǎn)、劃痕等，機(jī)床的漏油會(huì)造成蓋面的污染，注膠機(jī)的不穩(wěn)定可能導(dǎo)致注膠不均勻或無(wú)膠等，罐蓋在傳送過(guò)程中也容易產(chǎn)生擦傷和雜質(zhì)點(diǎn)等缺陷。

　　金屬罐蓋缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在自動(dòng)生產(chǎn)線的最后一步工序之后，對(duì)壓點(diǎn)、劃痕、擦傷、雜質(zhì)點(diǎn)、污漬、油污、膠圈不勻、無(wú)膠、變形等缺陷產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)分離剔除，同時(shí)不影響合格品的質(zhì)量和傳輸，檢測(cè)速度和精確度具體的技術(shù)指標(biāo)為：對(duì)于直徑為110mm的基礎(chǔ)蓋(無(wú)加強(qiáng)筋)，檢測(cè)速度≥10P/P/S。產(chǎn)品缺陷分辨率為0.1mm。檢測(cè)準(zhǔn)確率≥98%。

　　硬件方案設(shè)計(jì)

　　合理檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以正確分析用戶需求為前提的，工業(yè)應(yīng)用中，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的檢測(cè)需求及特點(diǎn)主要有以下幾種：1. 表面特征檢測(cè)：如文字標(biāo)識(shí)。應(yīng)注意區(qū)分特征部分是印刷在物體表面還是凹于物體之下。2. 尺寸檢測(cè)：如外形尺寸，相對(duì)位置，共面度。這些參數(shù)的測(cè)量應(yīng)注意輪廓的真實(shí)性和突出測(cè)量基準(zhǔn)。3. 表面質(zhì)量檢測(cè)：如劃痕、凹坑、缺角。這類參數(shù)的檢測(cè)應(yīng)注意缺陷的尖銳程度和缺陷的方向，根據(jù)方向擺放光源的位置。4. 純凈度檢測(cè)：注意包裝材料的透光性，液體的顏色以及雜質(zhì)的材質(zhì)。5. 裝配檢測(cè)：如裝配位置，缺零件，裝錯(cuò)零件的檢測(cè)。應(yīng)注意空間位置的分布和補(bǔ)光、消除反光。6. 色差檢測(cè)：注意相機(jī)的白平衡，并考慮借助濾鏡。

　　一個(gè)典型的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)主要硬件組成為：光源、鏡頭、相機(jī)、圖像處理單元、監(jiān)視器、通訊、輸入輸出單元等。基于以上需求分析，結(jié)合機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的具體特點(diǎn)，設(shè)計(jì)金屬罐蓋缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖所示：

　　照明方案設(shè)計(jì)

　　照明方案的設(shè)計(jì)是機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，合理的照明能夠與相機(jī)，待檢測(cè)物件良好配合形成高對(duì)比對(duì)度、特征突出的輸入圖像，便于后期的圖像處理，提高檢測(cè)效果。針對(duì)不同顏色，不同外形的罐蓋進(jìn)行了不同照明方式的實(shí)驗(yàn)和比較，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了分析。

　　1、直接照明

　　采用直接照明時(shí)，對(duì)于表面較光滑的物體而言，容易發(fā)生鏡面反射，在相機(jī)的視野范圍內(nèi)形成鏡面反射的強(qiáng)光區(qū)域和黑暗區(qū)域。對(duì)于待測(cè)罐蓋而言，由于金屬表面容易產(chǎn)生鏡面反射，所以單一角度的照明會(huì)使罐蓋圖片的亮度不均勻，不能達(dá)到很好的檢測(cè)效果。

　　2、穹頂光照明穹

　　頂光照明由于光線由LED發(fā)出后經(jīng)過(guò)穹頂?shù)姆瓷湟月瓷涞姆绞秸丈涞酱郎y(cè)物體的表面，這樣的光照更加均勻，比較適合于光滑的物體表面。當(dāng)這些多角度的漫射光照射到金屬罐蓋表面時(shí)，產(chǎn)生了比直接照射更加均勻的照明效果，但此類照明也有一定缺陷，穹頂?shù)闹虚g位置由于反光較少形成了較暗的區(qū)域，正如以上罐蓋的中間部分亮度較低，這樣對(duì)罐蓋的整體檢測(cè)也產(chǎn)生了一定的影響。

　　同時(shí)由于罐蓋表面缺陷種類較多，此類照明并非能夠?qū)λ腥毕荻加休^明顯的響應(yīng)(如劃痕和擦傷)。在實(shí)際的檢測(cè)應(yīng)用中由于罐蓋可能發(fā)生相對(duì)于傳送帶垂直方向的位置偏差，這樣會(huì)使得中間的暗斑區(qū)域在罐蓋圖片中有較大的隨機(jī)性，對(duì)檢測(cè)也造成了不良影響。

　　3、同顏色、不同角度照明

　　如圖所示為同一罐蓋在紅色光高角度和藍(lán)色光低角度照射下所體現(xiàn)的不同效果。此罐蓋的主要缺陷有兩種：一是表面的劃痕，二是蓋面的污點(diǎn)。在紅色光高角度照明中，劃痕和污點(diǎn)表現(xiàn)為較暗區(qū)域，且特征較為明顯，也可以看出由于LED發(fā)光較強(qiáng)，光源小夠均勻，蓋面反射為點(diǎn)狀的亮斑。

　　從此現(xiàn)象可得出，金屬蓋面對(duì)紅色光源的反射較為明顯，起到了明場(chǎng)照明的效果。在藍(lán)色光低角度照明中，劃痕表現(xiàn)為較亮區(qū)域，且特征相比于紅色光照明較為突出，但在藍(lán)色光照明的罐蓋表面井未出現(xiàn)點(diǎn)狀的亮斑，且污點(diǎn)的表現(xiàn)相對(duì)于紅光而言并不明顯。從此現(xiàn)象可以得出，金屬表面對(duì)藍(lán)色光源的反射較弱，但類似于劃痕的表面損傷區(qū)域反射較強(qiáng)，起到了暗場(chǎng)照明的效果。

　　4、明暗場(chǎng)結(jié)合照明

　　采用明暗場(chǎng)相結(jié)合的照明方式能夠同時(shí)突出罐蓋的暗色缺陷區(qū)域和亮色缺陷區(qū)域，經(jīng)試驗(yàn)證明，此種照明方式對(duì)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的罐蓋有良好的照明效果。但由于采用彩色照明，相機(jī)必須選用彩色相機(jī)，并在處理中提取出彩色圖片RGB三顏色分量，這樣就會(huì)對(duì)系統(tǒng)成本和處理時(shí)間造成一定影響。

　　綜合以上分析，針對(duì)帶有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的罐蓋可采用明場(chǎng)紅色穹頂光源和暗場(chǎng)藍(lán)色環(huán)形光源相結(jié)合的照明方式進(jìn)行照明，對(duì)于基礎(chǔ)蓋則可采用平面單色光漫射照明。