濾波器在汽車碳罐檢驗(yàn)中有助于減少眩光

為實(shí)現(xiàn)汽車碳罐檢驗(yàn)的自動(dòng)化，制造商一直采用偏光鏡和開箱即可使用的相機(jī)來(lái)減少眩光 生產(chǎn)汽車行業(yè)所需的金屬碳罐時(shí)，通常需要使用密封劑膠珠。制造商必須將密封劑膠珠涂到圓筒形金屬件的內(nèi)部，以確保其他元件能夠粘住。非常重要的一點(diǎn)是，必須檢查該密封劑膠珠的存在性和均勻性，以確定其位置，并測(cè)量其寬度，從而確保其均勻分布在圓筒形金屬件的圓周上。

在 900 個(gè)元件/分鐘的生產(chǎn)速度下，人工檢驗(yàn)密封劑膠珠不僅耗時(shí)，而且耗力，因此，這類元件的檢驗(yàn)自動(dòng)化勢(shì)在必行。

為執(zhí)行該任務(wù)，EPIC Systems公司開發(fā)了一套機(jī)器視覺系統(tǒng)，以減少誤認(rèn)為未通過(guò)檢驗(yàn)的元件數(shù)量。質(zhì)量控制流程需要檢測(cè)密封劑膠珠的存在性和位置，同時(shí)測(cè)量其在直徑為 10mm的碳罐圓周上的寬度。該公司采用了康耐視公司的三套 In-Sight 視覺系統(tǒng)，以確保當(dāng)碳罐沿著輸送帶移動(dòng)時(shí)，每臺(tái)相機(jī)能夠采集碳罐內(nèi)表面 120 度范圍內(nèi)的圖像(見圖 1)。

圖1：當(dāng)碳罐沿著生產(chǎn)線移動(dòng)時(shí)，機(jī)器視覺系統(tǒng)將會(huì)檢驗(yàn)碳罐內(nèi)的密封劑膠珠，以確保它的存在性，并保持正確的均勻。開發(fā)這套系統(tǒng)時(shí)，EPIC Systems公司將三套In -Sight視覺系統(tǒng)與光纖光源集成在一起(圖中未顯示)。

EPIC Systems 公司使用兩種不同的機(jī)器視覺檢驗(yàn)方法，同時(shí)檢驗(yàn)圓柱形金屬件的內(nèi)表面，僅當(dāng)兩種方法均表明該元件合格時(shí)，該元件才能通過(guò)檢驗(yàn)。

首先，使用康耐視視覺工具軟件中的邊線工具，以定位密封劑的頂部邊線和底部邊線以及碳罐的頂部邊線。然后，進(jìn)行計(jì)算，以確定該密封劑膠珠的寬度以及膠珠與碳罐頂部邊線之間的距離。同時(shí)，使用直方圖工具計(jì)算特定區(qū)域內(nèi)滿足某些要求的像素?cái)?shù)量。通過(guò)計(jì)算定位該膠珠的區(qū)域內(nèi)的黑色像素?cái)?shù)量，我們能夠確定膠珠是否存在，以及膠珠中是否存在不一致之處，如孔洞或間隙等。

克服眩光挑戰(zhàn)

眩光是光線反射產(chǎn)生的，其會(huì)降低圖像的對(duì)比度，并遮蔽圖像特征。由于碳罐內(nèi)部空間有限，眩光將會(huì)導(dǎo)致檢驗(yàn)問(wèn)題。在許多應(yīng)用中，通過(guò)正確地定位光源和相機(jī)，我們能夠消除眩光。但在這種情況下，沒有足夠的空間來(lái)實(shí)施這種解決方案。

此外，由于原材料和制造工藝的變化，碳罐在外觀上也可能有所不同。在初始應(yīng)用中，采用了一個(gè)數(shù)字圖像濾波器來(lái)突出眩光。該濾波器將根據(jù)結(jié)果設(shè)置圖像閾值，以減少眩光的影響。

然而，視覺系統(tǒng)的規(guī)格要求是 0%的誤報(bào)率，其必然的結(jié)果是，一定數(shù)量的元件會(huì)被誤認(rèn)為未通過(guò)檢驗(yàn)。誤認(rèn)為未通過(guò)檢驗(yàn)的比例一開始為每 100 萬(wàn)元件中有 400個(gè)元件。雖然這個(gè)比例較低，但仍然需要安排人工檢驗(yàn)每個(gè)被剔除的元件，考慮到生產(chǎn)線的速度較高，這是很難完成的任務(wù)。

為克服這種眩光挑戰(zhàn)，該公司開發(fā)了一套機(jī)器視覺系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了偏振濾波器。當(dāng)沿著特定的方向經(jīng)過(guò)偏振處理的光線照射到一個(gè)漫反射表面時(shí)，大部分光線將成為隨機(jī)偏振光線，并按隨機(jī)方向反射出去。然而，在存在強(qiáng)烈反射的區(qū)域內(nèi)，仍然會(huì)保留大部分偏振角度的入射光。

通過(guò)將一個(gè)偏振濾波器放置到相機(jī)鏡頭上，相對(duì)于光源偏振角旋轉(zhuǎn) 90度后，強(qiáng)烈的偏振光反射將被相機(jī)鏡頭濾波器所吸收。然后，來(lái)自無(wú)眩光區(qū)域的漫射光線將被傳輸?shù)较鄼C(jī)鏡頭，從而減少了眩光的影響。

通常情況下，眩光是可以使用一個(gè)濾波器來(lái)減少的。然而，待檢驗(yàn)物品的圓柱形幾何形狀卻影響了一個(gè)簡(jiǎn)單的一維偏光鏡幫助一個(gè)由多臺(tái)相機(jī)組成的系統(tǒng)減少眩光的能力。在這種情況下，該公司特別采用 Midwest Optical Systems 公司的偏振濾波器減少了眩光。

偏振光

雖然金屬表面不會(huì)使光線偏振，但來(lái)自非金屬表面的反射光線在較低的入射角度下卻可能會(huì)變成偏振光。在一個(gè)稱為“布儒斯特角”的角度下，反射光線將完全偏振化。為消除兩種直接光線反射和低入射角度下反射的光線所引起的眩光，該公司將三個(gè)餅形偏光鏡安裝到光纖端操縱裝置上(見圖 2)。

每個(gè)餅形偏光鏡的角度均用于幫助特定的相機(jī)從幾何上減少低入射角度下反射的光線。

通過(guò)相機(jī)鏡頭上安裝的偏振濾波器的交叉偏振作用(來(lái)自 Midwest Optical Systems 公司的PR032 偏光鏡)，該檢驗(yàn)系統(tǒng)減少了光線的直接反射。這使視覺系統(tǒng)能夠采用單一的光源，

同時(shí)幫助每臺(tái)相機(jī)以最佳方式對(duì)該光源進(jìn)行偏振處理。

如果僅將一個(gè)偏振鏡置于光源之上，雖然可以減少光線的直接反射，但無(wú)法減少低入射角度下反射的光線，因?yàn)檫@更多的是一個(gè)幾何問(wèn)題。在后一種情形下，如果在光源上設(shè)置單一的偏光鏡，僅可使其中兩臺(tái)相機(jī)不會(huì)遇到眩光，但無(wú)法解決第三臺(tái)相機(jī)遇到的眩光問(wèn)題。

光線偏振角度會(huì)影響光線如何在較低的入射角度下從光澤表面反射出去。因此，三個(gè)幾何圖形是最佳的設(shè)置。線性偏光鏡可以理解為窗戶上的格柵或垂直百葉窗。

圖 2：為消除兩種直接光線反射和低入射角度下反射的光線所引起的眩光，該公司將三個(gè)餅形偏光鏡安裝到光纖端操縱裝置上。

對(duì)于這項(xiàng) 360 度應(yīng)用，最理想的偏光鏡幾何形狀應(yīng)是飛鏢盤一樣的偏光鏡(同心圓)。

在大多數(shù)應(yīng)用中，您并不需要使用多個(gè)偏光鏡將光源進(jìn)行偏振處理。而在這種情況下，每個(gè)餅形區(qū)域內(nèi)的大部分光線將僅使一臺(tái)相機(jī)受益。每個(gè)餅形區(qū)域內(nèi)的光線將照亮每臺(tái)相機(jī)正在檢驗(yàn)的圓柱形物品的側(cè)面。所有三臺(tái)相機(jī)均采用 Midwest Optical Systems 公司的 PR032 偏光鏡，對(duì)光線進(jìn)行交叉偏振處理。

為消除氙燈光源所產(chǎn)生的紫外線或紅外線，該公司在相機(jī)上安裝了 BP550 紫外線+近紅外光譜塊/可見光濾波器。此外，該公司還采用了 Midwest Optical Systems公司的一個(gè) AC380 防反射和防刮痕亞克力防護(hù)窗，作為光纖端操縱裝置的防護(hù)表面。

光學(xué)偏光鏡和濾波器的使用減少了所需的數(shù)字圖像過(guò)濾處理，從而能夠簡(jiǎn)化機(jī)器視覺算法(見圖 3)。這使檢驗(yàn)時(shí)間從 85 毫秒縮短到 65 毫秒，從而使生產(chǎn)線速度提高了將近 31%，達(dá)到約 900個(gè)元件/分鐘。EPIC Systems 公司現(xiàn)已采用各種機(jī)器視覺設(shè)備，在六條不同的生產(chǎn)線上安裝相似的檢驗(yàn)系統(tǒng)，以滿足不同生產(chǎn)線的速度需求。

圖 3：通過(guò)將紫外線和紅外線阻隔濾波器和交叉偏振鏡以新穎的方式組合在一起使用，顯著減少了碳罐所反射的眩光，從而使膠珠檢測(cè)變得更加容易。(1)原始圖像，(2和 3)使用截止濾波器和偏振濾波器之后的圖像。

該公司已經(jīng)在康耐視 In-Sight Micro 1400 視覺系統(tǒng)和 In-Sight 5600 高速視覺系統(tǒng)上測(cè)試了算法。In-Sight 5600 高速視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 38 毫秒的極短檢驗(yàn)時(shí)間，這使生產(chǎn)線速度能夠達(dá)到1200 個(gè)元件/分鐘。