Σχήμα Φωτισμού για την Ανίχνευση Γρατσουνιών Επιφανειών Με Βάση Την Όραση Μηχανής

Στη βιομηχανική παραγωγή, επιφανειακές βλάβες όπως ρωγμές και γρατσουνιές στα προϊόντα εμφανίζονται συχνά. Η βιομηχανία μηχανικής όρασης έχει σημειώσει σημαντικές εξελίξεις στην επιθεώρηση επιφανειών σε σχέση με προηγούμενα έτη, και η ανίχνευση γρατσουνιών, κηλίδων και άλλων ελαττωμάτων στις επιφάνειες των προϊόντων δεν αποτελεί πλέον δύσκολη πρόκληση.

Εφαρμόζεται ευρέως στην επιθεώρηση επιφανειών σε διάφορες βιομηχανίες όπως μέταλλο, γυαλί, οθόνες κινητών τηλεφώνων και οθόνες υγρών κρυστάλλων.

Ωστόσο, τέτοιες ελαττώματα έχουν συχνά ακανόνιστα σχήματα, μικρή αντίθεση βάθους και μπορούν εύκολα να παρεμποδιστούν από τη φυσική υφή ή τα μοτίβα στην επιφάνεια του προϊόντος. Για τον λόγο αυτό, η ανίχνευση ελαττωμάτων στην επιφάνεια θέτει πολύ υψηλές απαιτήσεις ως προς τον σωστό φωτισμό, την ανάλυση της κάμερας, τη σχετική θέση μεταξύ του ελεγχόμενου εξαρτήματος και της βιομηχανικής κάμερας καθώς και σύνθετους αλγορίθμους μηχανικής όρασης.

Η βασική διαδικασία ανάλυσης για την ανίχνευση γρατσουνιών με μηχανική όραση χωρίζεται σε δύο βήματα: Πρώτον, να προσδιοριστεί εάν υπάρχει γρατσούνι στην επιφάνεια του προϊόντος. Δεύτερον, μετά την επιβεβαίωση της ύπαρξης ενός γρατσουνιού στην αναλυόμενη εικόνα, να εξαχθεί το γρατσούνι.

- Εγώ... .  Τα γρατσούνια στην επιφάνεια μπορούν γενικά να χωριστούν σε τρεις κύριες κατηγορίες:

Γρατσούνια Τύπου 1: Σχετικά εύκολα στην οπτική αναγνώριση, με ξεκάθαρη αλλαγή της απόχρωσης σε σχέση με την περιοχή που τα περιβάλλει. Μπορεί να επιλεγεί ένας μικρότερος θερμός αριθμός κατωφλίου για να σημειωθεί άμεσα το ελαττωματικό τμήμα.

Γρατσούνια Τύπου 2: Μερικά έχουν λιγότερο προφανείς αλλαγές στην απόχρωση του γκρι. Το σύνολο της εικόνας έχει αρκετά ομοιόμορφη απόχρωση γκρι, η περιοχή της γρατσουνιάς είναι μικρή (μόνο μερικά pixels) και η απόχρωση γκρι είναι ελαφρώς μόνο χαμηλότερη από την περιβάλλουσα εικόνα, κάτι που την καθιστά πολύ δύσκολο να ξεχωριστεί.

Η αρχική εικόνα μπορεί να επεξεργαστεί με φίλτρο μέσου για να ληφθεί μια πιο ομαλή εικόνα. Αφαιρέστε αυτήν από την αρχική εικόνα. Όταν η απόλυτη τιμή της διαφοράς είναι μεγαλύτερη από ένα κατώφλι, σημειώστε το ως στόχο. Σημειώστε όλους τους στόχους, υπολογίστε την περιοχή τους, καταργήστε τους στόχους με υπερβολικά μικρές περιοχές και σημειώστε τους υπόλοιπους ως γρατσουνιές.

Γρατσουνιές Τύπου 3: Έχουν σημαντικές διαφορές στην απόχρωση του γκρι μεταξύ των τμημάτων και το σχήμα είναι συνήθως μακρύ και στενό. Εάν εφαρμοστεί τμηματοποίηση με σταθερό κατώφλι στην εικόνα, το σημειωμένο ελαττωματικό τμήμα θα είναι μικρότερο από το πραγματικό τμήμα.  

Επειδή οι γρατσές σε τέτοιες εικόνες είναι μακριές και λεπτές, η αποκλειστική χρήση ανίχνευσης σε ασπρόμαυρο θα παραλείψει τα επεκτεταμένα τμήματα της βλάβης. Για αυτές τις εικόνες, επιλέγεται μια μέθοδος που συνδυάζει διπλά κατώφλια και χαρακτηριστικά σχήματος βλάβης, με βάση τα χαρακτηριστικά τους.

Λόγω της ποικιλομορφίας των εικόνων στη βιομηχανική επιθεώρηση, για κάθε τύπο εικόνας, πρέπει να αναλυθούν διάφορες μέθοδοι και να ληφθούν σοβαρά υπόψη κατά την επεξεργασία, προκειμένου να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα.

Γενικά, η τιμή της ασπρόμαυρης κλίμακας του τμήματος της γρατσές είναι πιο σκούρα από την περιοχή γύρω της, που σημαίνει πως η τιμή της ασπρόμαυρης κλίμακας της γρατσές είναι μικρότερη. Επιπλέον, οι περισσότερες βρίσκονται σε λείες επιφάνειες, οπότε η μεταβολή της ασπρόμαυρης κλίμακας σε ολόκληρη την εικόνα είναι πολύ ομοιόμορφη συνολικά, χωρίς χαρακτηριστικά υφής.

Ως εκ τούτου, η ανίχνευση γρατσών χρησιμοποιεί γενικά χαρακτηριστικά ασπρόμαυρης κλίμακας που βασίζονται σε στατιστικά στοιχεία ή μεθόδους τμηματοποίησης κατωφλίων για να επισημανθεί το τμήμα της γρατσές.

Επιπλέον, η ανίχνευση επιφανειακών βλαβών από γρατσές έχει εξαιρετικά αυστηρές απαιτήσεις ως προς το σωστό φωτισμό.

ⅱ. Οι κοινές μέθοδοι φωτισμού για την επιθεώρηση μηχανικής όρασης περιλαμβάνουν τις εξής τέσσερις:

Φως ομοαξονικό, φως χαμηλής γωνίας, φως από το πίσω μέρος και φως υψηλής γωνίας. Αυτές οι τέσσερις μέθοδοι φωτισμού είναι αποτελεσματικές για την ανίχνευση σκληρών γρατσουνιών, αλλά για προϊόντα με υψηλές απαιτήσεις στην επιφάνεια, όπως τα μαλακά γρατσούνια, το αποτέλεσμα είναι λιγότερο εμφανές.  

Η ανάλυση μεγάλων δεδομένων δείχνει ότι για τα γρατσούνια στην επιφάνεια των προϊόντων, προτείνονται δύο βασικές λύσεις: φωτισμός χαμηλής και υψηλής γωνίας.

(I) Μέθοδος Χαμηλής Γωνίας

Όταν δύο αντικείμενα έρχονται σε επαφή και τρίβονται, τα γρατσούνια στην επιφάνεια δημιουργούνται εύκολα, γεγονός που σημαίνει ότι τα γρατσούνια έχουν κατεύθυνση.

Όταν εξετάζουμε την επίδραση του φωτισμού χαμηλής γωνίας, αν χρησιμοποιήσουμε παράλληλο φωτισμό (παράλληλος με το γρατσούνι), το γρατσούνι θα θολώσει από το φως, καθιστώντας το αποτέλεσμα λιγότερο εμφανές στην εικόνα.

Αν χρησιμοποιήσουμε ένα σύνολο κάθετου φωτισμού (κάθετος στο γρατσούνι), το γρατσούνι θα τονιστεί από το φως, καθιστώντας το αποτέλεσμα πολύ εμφανές στην εικόνα.  

Με βάση την παραπάνω ανάλυση, χρησιμοποιούμε οκτώ ράβδους φωτεινές πηγές για να εκθέσουμε το τεμάχιο με τρόπο χρονομεριστικό, σχεδιάζοντας το εξής φωτιστικό σχήμα.

Μια κυκλική πηγή φωτός χωρίζεται σε οκτώ κανάλια για έλεγχο, εκτίθεται χρονομεριστικά και οι εικόνες καταγράφονται οκτώ φορές διαδοχικά. Τελικά, το λογισμικό χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο για να επαλληλοποιήσει όλες τις ελαττωματικές περιοχές, εντοπίζοντας τελικά την ύπαρξη γρατσουνιών στην επιφάνεια του τεμαχίου σε υψηλό επίπεδο.

Η λύση αυτή απεικόνισης είναι κατάλληλη για προϊόντα υψηλής ακρίβειας με απαιτητικές προδιαγραφές στην επιθεώρηση της επιφάνειας, αλλά δεν είναι κατάλληλη για προϊόντα με αυστηρές απαιτήσεις απόδοσης.

(II) Μέθοδος Υψηλής Γωνίας

Η εμπειρία δείχνει ότι για επιφανειακές γρατσουνιές με κοαξονικό φως, όσο υψηλότερη είναι η απόσταση λειτουργίας της πηγής φωτός, τόσο πιο εμφανές είναι το αποτέλεσμα.

Ωστόσο, για την ίδια πηγή φωτός, μεγαλύτερη απόσταση εργασίας σημαίνει επίσης μικρότερη επιφάνεια εκπομπής φωτός και μειωμένη φωτεινότητα της πηγής. Είναι αδύνατο να υπάρχουν ταυτόχρονα και το αισθητικό αποτέλεσμα και η πρακτικότητα.

Συνήθως ,ο εργαζόμενος στο εργοστάσιο χρησιμοποιεί φωτισμό φθορισμού κατά την οπτική επιθεώρηση των πληροφοριών της επιφάνειας του προϊόντος. Το φως της λάμπας φθορισμού ανακλάται κατοπτρικά στα μάτια τους.

Για εξαρτήματα με κατοπτρική ανάκλαση, βάσει του νόμου της ανάκλασης του φωτός, εφαρμόζεται μία μέθοδος φωτισμού που έχει ως στόχο τη δημιουργία ενός αποτελέσματος κατοπτρικής ανάκλασης.

Οι παρατηρητικοί άνθρωποι θα παρατηρήσουν ότι η μέθοδος οπτικής επιθεώρησης συχνά περιλαμβάνει την προβολή της εικόνας της λάμπας φθορισμού στο προϊόν και στη συνέχεια το κούνημα του προϊόντος για να μετακινηθεί η σκιά της λάμπας μέσα σε αυτό.

Με αυτόν τον τρόπο, η κηλίδα φωτός εστιάζεται σε μια τοπική περιοχή του προϊόντος, αποκαλύπτοντας τις πληροφορίες της επιφάνειας, επιτρέποντας στο ανθρώπινο μάτι να κρίνει με σαφήνεια εάν το προϊόν έχει ελαττώματα, ακόμη και τα πιο ελαφρά, τα οποία μπορούν εύκολα να εντοπιστούν.

Παραπάνω είναι οι προτάσεις λύσεων φωτισμού με βάση την όραση μηχανής για επιφανειακές γρατσουνιές. Ελπίζω να φανούν χρήσιμες στο έργο σας.