مخطط إضاءة لكشف الخدوش السطحية بالاعتماد على رؤية الآلة

في الإنتاج الصناعي، تظهر بشكل متكرر عيوب سطحية مثل الشقوق والخدوش على المنتجات. حققت صناعة الرؤية الآلية تقدمًا كبيرًا في فحص السطح مقارنة بالأعوام السابقة، كما أصبح كشف الخدوش والبقع وعيوب أخرى على أسطح المنتجات أقل تحديًا.

تُستخدم على نطاق واسع في فحص السطح عبر الصناعات مثل المعادن والزجاج وشاشات الهواتف المحمولة ولوحات العرض البلورية السائلة.

ومع ذلك، فإن مثل هذه العيوب غالبًا ما تكون ذات أشكال غير منتظمة، وتباين منخفض في العمق، ويمكن التأثير عليها بسهولة من قبل الملمس الطبيعي أو الأنماط الموجودة على سطح المنتج. ولذلك فإن اكتشاف خدوش السطح يتطلب متطلبات عالية للغاية فيما يتعلق بإضاءة صحيحة، ودقة الكاميرا، والموقع النسبي بين المكون المراد فحصه والكاميرا الصناعية، وخوارزميات رؤية الآلة المعقدة.

يتم تقسيم العملية الأساسية لتحليل اكتشاف الخدوش باستخدام رؤية الآلة إلى خطوتين: الأولى، تحديد ما إذا كان هناك خدش على سطح المنتج. الثانية، بعد تأكيد وجود خدش في الصورة المحللة، يتم استخراج الخدش.

ⅰ .  يمكن تقسيم خدوش السطح عمومًا إلى ثلاث فئات رئيسية:

نوع 1 خدوش: سهلة التعرف عليها بصريًا نسبيًا، وتتميز بتغير ملحوظ في درجات الرمادي مقارنة بالمنطقة المحيطة بها. يمكن اختيار عتبة أصغر لتحديد الجزء المعيب مباشرة.

نوع 2 خدوش: بعضها يحتوي على تغييرات أقل وضوحًا في درجات الرمادية. الصورة بأكملها لها رمادية نسبية موحدة، ومدى الخدش ضيق (بضعة بكسلات فقط)، والرمادية أقل قليلاً من الصورة المحيطة، مما يجعل التمييز بينهما صعبًا للغاية.

يمكن معالجة الصورة الأصلية باستخدام الترشيح المتوسط للحصول على صورة أكثر نعومة. اطرح هذه الصورة من الصورة الأصلية. عندما تكون القيمة المطلقة للفرق أكبر من قيمة العتبة، عيّن هذه المنطقة على أنها هدف. عيّن جميع الأهداف، واحسب مساحتها، وقم بإزالة الأهداف ذات المساحات الصغيرة جدًا، وعيّن ما تبقى على أنها خدوش.

خدوش النوع 3: تتميز بوجود فرق كبير في درجات الرمادية بين الأجزاء، وعادةً ما تكون على شكل مطيل ورفيع. إذا طُبّقت تقسيم العتبة الثابتة على الصورة، فإن الجزء المعيب الذي تم تحديده سيكون أصغر من الجزء الفعلي.  

بما أن الخدوش في مثل هذه الصور طويلة ورفيعة، فإن الاعتماد فقط على كشف درجات الرمادية سيؤدي إلى تفويت الأجزاء الممتدة من العيب. ولذلك، يتم اختيار طريقة تجمع بين عتبين مختلفين وميزات شكل العيب بناءً على خصائصها الخاصة.

بسبب تنوع الصور في الفحص الصناعي، يجب تحليل الطرق المختلفة ومراعاتها بشكل شامل لكل نوع من الصور أثناء المعالجة لتحقيق التأثير المرغوب.

بشكل عام، تكون قيمة درجة الرمادية لجزء الخدش أغمق من المنطقة الطبيعية المحيطة، مما يعني أن قيمة درجة الرمادية للخدش أصغر. بالإضافة إلى ذلك، فإن معظم هذه الخدوش تظهر على الأسطح الملساء، وبالتالي يكون تغير درجة الرمادية عبر الصورة بأكملها موحدًا جدًا بشكل عام، ويفتقر إلى ميزات الملمس.

لذلك، يستخدم كشف الخدوش عمومًا ميزات الرمادية القائمة على الإحصاء أو طرق تجزئة العتبة لتحديد جزء الخدش.

وبالإضافة إلى ذلك، يضع كشف عيوب الخدوش السطحية متطلبات عالية جدًا فيما يتعلق بإضاءة الموقع بشكل صحيح.

ⅱ. تشمل الطرق الشائعة لإضاءة الفحص بالرؤية الآلية ما يلي الأربعة:

الإضاءة المحورية، والإضاءة بزاوية منخفضة، والإضاءة الخلفية، والإضاءة بزاوية عالية. تكون هذه الطرق الأربعة فعالة في الكشف عن الخدوش الصعبة، ولكن بالنسبة للمنتجات ذات متطلبات السطح العالية، مثل الخدوش الناعمة، يكون التأثير أقل وضوحًا.  

تُظهر تحليلات البيانات الكبيرة أنه فيما يتعلق بخدوش سطح المنتج، يُقترح حلين رئيسيين: الإضاءة بزاوية منخفضة وبزاوية عالية.

(I) الطريقة ذات الزاوية المنخفضة

عندما يلامس جسمان ويحتكّان، من السهل أن تحدث خدوش على السطح، مما يعني أن الخدوش لها اتجاهية.

عند النظر في تأثير الإضاءة ذات الزاوية المنخفضة، إذا استخدمنا إضاءة موازية (موازية للخدش)، فسيتم إخفاء الخدش بواسطة الضوء، مما يجعل التأثير أقل وضوحًا في الصورة.

إذا استخدمنا مجموعة إضاءة عمودية (عمودية على الخدش)، فسيتم تسليط الضوء على الخدش، مما يجعل التأثير واضحًا جدًا في الصورة.  

بناءً على التحليل أعلاه، نستخدم ثمانية مصادر ضوء على شكل قضيب لتعريض القطعة العاملة بطريقة تبادلية زمنياً، ونُصمم مخططاً إضاءةً كالتالي.

يتم تقسيم مصدر الضوء الحلقي إلى ثمانية قنوات للتحكم، ويتم التعريض بطريقة تبادلية زمنياً، ويتم التقاط الصور ثماني مرات متتالية. وأخيراً، يستخدم البرنامج خوارزمية لتركيب جميع العيوب، ويُحدد بشكل نهائي وجود خدوش على سطح القطعة العاملة بمعايير عالية.

هذا الحل التصويري مناسب للمنتجات عالية الدقة ذات متطلبات الفحص السطحي الصارمة، لكنه غير مناسب للمنتجات ذات متطلبات الكفاءة الشديدة.

(II) طريقة الزاوية العالية

تُظهر الخبرة أنه فيما يتعلق بالخدوش الناعمة تحت الضوء المحوري، كلما زادت المسافة العاملة لمصدر الضوء، كان التأثير أكثر وضوحاً.

ومع ذلك، بالنسبة لنفس مصدر الضوء، فإن زيادة مسافة العمل تعني أيضًا أن مساحة السطح المنبعث منه الضوء أصغر، وأن سطوع مصدر الضوء يقل. من المستحيل تحقيق التأثير والمرونة العملية في آنٍ واحد.

عادةً ,العامل في يستخدم العامل في المصنع إضاءة مصابيح الفلورسنت عند فحص معلومات سطح المنتجات بصريًا. يتم انعكاس الضوء الصادر عن المصباح الفلورسنت بشكل مميز في أعينهم.

بالنسبة للأجسام التي تعكس الضوء بشكل مميز، تستند طريقة الإضاءة المعتمدة إلى قانون انعكاس الضوء، وتهدف إلى إنشاء تأثير الانعكاس المميز.

سيلاحظ الأشخاص الملاحظون أن طريقة الفحص البصري غالبًا ما تتضمن إسقاط صورة المصباح الفلورسنت على المنتج ومن ثم تحريك المنتج لتغيير ظل المصباح داخله.

بهذه الطريقة، يضيء بقعة الضوء منطقة محلية من المنتج، مما يعكس معلومات سطحه، مما يسمح للعين البشرية بتقييم ما إذا كان المنتج يحتوي على عيوب بشكل واضح، حتى العيوب الخافتة يمكن رؤيتها بسهولة.

أعلاه هي اقتراحات حل الإضاءة بالاعتماد على رؤية الآلة للخدوش السطحية. نأمل أن تكون مفيدة لمشروعك.