Schema di Illuminazione per la Rilevazione di Graffi Superficiali Basato sulla Visione Artificiale

Nella produzione industriale, difetti superficiali come crepe e graffi sui prodotti sono frequentemente incontrati. Il settore della visione artificiale ha compiuto significativi progressi nell'ispezione superficiale rispetto agli anni precedenti, e rilevare graffi, macchie e altri difetti sulle superfici dei prodotti non è più una sfida difficile.

È ampiamente applicato nell'ispezione superficiale in settori come metallurgia, vetro, schermi di telefoni cellulari e pannelli a cristalli liquidi.

Tuttavia, tali difetti spesso presentano forme irregolari, basso contrasto di profondità e possono essere facilmente disturbati dalla trama naturale o dai motivi presenti sulla superficie del prodotto. Pertanto, il rilevamento dei difetti di graffio superficiale richiede elevate prestazioni in termini di corretta illuminazione, risoluzione della telecamera, posizione relativa tra il componente ispezionato e la telecamera industriale, nonché algoritmi complessi di visione artificiale.

Il processo di analisi di base per il rilevamento dei graffi mediante visione artificiale è suddiviso in due passaggi: innanzitutto, determinare se sulla superficie del prodotto è presente un graffio. In secondo luogo, dopo aver confermato la presenza di un graffio nell'immagine analizzata, estrarre il graffio stesso.

ⅰ .  I graffi superficiali possono generalmente essere suddivisi in tre categorie principali:

Tipo 1 Graffi: Relativamente facili da identificare visivamente, con una variazione distinta di tonalità di grigio rispetto alla zona circostante. È possibile scegliere una soglia più bassa per contrassegnare direttamente la parte difettosa.

Tipo 2 Graffi: Alcuni presentano variazioni meno evidenti dei valori di grigio. L'intera immagine ha una scala di grigi relativamente uniforme, l'area del graffio è piccola (solo pochi pixel) e la scala di grigi è solo leggermente inferiore rispetto all'immagine circostante, rendendola molto difficile da distinguere.

L'immagine originale può essere processata con un filtro medio per ottenere un'immagine più uniforme. Sottrarre questa immagine dall'originale. Quando il valore assoluto della differenza è maggiore di una soglia, marcarla come obiettivo. Marcare tutti gli obiettivi, calcolarne l'area, rimuovere quelli con area eccessivamente piccola e marcare i restanti come graffi.

Graffi di tipo 3: Presentano differenze significative di scala di grigi tra le parti e la forma è generalmente lunga e stretta. Se si applica una segmentazione con soglia fissa all'immagine, la parte difettosa marcata sarà più piccola rispetto alla parte reale.  

Poiché i graffi in tali immagini sono lunghi e sottili, affidarsi esclusivamente al rilevamento in scala di grigi non rileverà le parti estese del difetto. Per queste immagini, sulla base delle loro caratteristiche, si sceglie un metodo che combini doppia soglia e caratteristiche della forma del difetto.

A causa della diversità delle immagini nell'ispezione industriale, per ogni tipo di immagine devono essere analizzati e valutati complessivamente diversi metodi durante l'elaborazione, al fine di ottenere l'effetto desiderato.

In generale, il valore di scala di grigi della parte graffiata è più scuro rispetto all'area normale circostante, il che significa che il valore di scala di grigi del graffio è più piccolo. Inoltre, la maggior parte dei graffi si trova su superfici lisce, quindi la variazione di scala di grigi nell'intera immagine è molto uniforme complessivamente, mancando di caratteristiche di trama.

Pertanto, il rilevamento dei graffi superficiali utilizza generalmente caratteristiche in scala di grigi basate su statistiche o metodi di segmentazione a soglia per evidenziare la parte graffiata.

In aggiunta, il rilevamento dei difetti superficiali richiede estremamente precise condizioni di illuminazione.

ⅱ. I metodi di illuminazione comuni per l'ispezione della visione artificiale includono i seguenti quattro:

Luce coassiale, luce a basso angolo, retroilluminazione e luce ad alto angolo. Questi quattro metodi di illuminazione sono efficaci per rilevare graffi profondi, ma per prodotti con elevati requisiti superficiali, come graffi leggeri, l'efficacia è meno evidente.  

L'analisi dei big data mostra che per i graffi sulla superficie dei prodotti, vengono proposte due soluzioni principali: illuminazione a basso angolo e ad alto angolo.

(I) Metodo a Basso Angolo

Quando due oggetti entrano in contatto e si sfregano, si verificano facilmente graffi superficiali, il che significa che i graffi hanno una direzionalità.

Considerando l'effetto dell'illuminazione a basso angolo, se utilizziamo un'illuminazione con luce parallela (parallela al graffio), il graffio verrà sfocato dalla luce, rendendo l'effetto meno evidente nell'immagine.

Se invece utilizziamo un'illuminazione perpendicolare (perpendicolare al graffio), il graffio verrà evidenziato dalla luce, rendendo l'effetto molto evidente nell'immagine.  

In base all'analisi sopra riportata, utilizziamo otto sorgenti luminose a forma di barra per esporre il pezzo in modo temporizzato, progettando lo schema di illuminazione seguente.

Una luce ad anello è suddivisa in otto canali di controllo, con esposizione temporizzata, e le immagini vengono catturate otto volte consecutivamente. Infine, il software utilizza un algoritmo per sovrapporre tutti i difetti, rilevando in modo preciso la presenza di graffi superficiali sul pezzo.

Questa soluzione di imaging è adatta a prodotti di alta precisione con rigorosi requisiti di ispezione superficiale, ma non è indicata per prodotti con esigenze stringenti di efficienza.

(II) Metodo ad Alto Angolo

L'esperienza dimostra che per i graffi leggeri con luce coassiale, più è elevata la distanza di lavoro della sorgente luminosa, più evidente sarà l'effetto.

Tuttavia, per la stessa sorgente luminosa, una maggiore distanza di lavoro significa anche una superficie emettente più piccola e una ridotta luminosità della sorgente. È impossibile ottenere contemporaneamente sia l'effetto desiderato sia la praticità.

Di solito ,il lavoratore in la fabbrica utilizza un'illuminazione a lampada fluorescente durante l'ispezione visiva delle informazioni sulla superficie del prodotto. La luce della lampada fluorescente viene riflessa specularmente nei loro occhi.

Per pezzi con riflessione speculare, basandosi sulla legge della riflessione della luce, si adotta un metodo di illuminazione che genera un effetto di riflessione speculare.

Le persone più attente noteranno che il metodo di ispezione a occhio nudo spesso prevede la proiezione dell'immagine della lampada fluorescente sul prodotto, e successivamente lo spostamento del prodotto per far muovere l'ombra della lampada al suo interno.

In questo modo, il fascio di luce illumina una zona locale del prodotto, riflettendo le informazioni sulla superficie e permettendo all'occhio umano di giudicare chiaramente se il prodotto presenta difetti, anche quelli più lievi risultano facilmente visibili.

Le soluzioni sopra indicate sono suggerimenti per l'illuminazione basati sulla visione artificiale per rilevare graffi superficiali. Spero possano essere utili al tuo progetto.