Illuminazione per visione artificiale per l’ispezione di membrane: due casi pratici

Le membrane trasparenti e semitrasparenti sono difficili da ispezionare perché possono trasmettere o diffondere la luce invece di produrre un contorno ben visibile. Un sistema pratico di visione artificiale deve rendere i due stati — membrana presente e membrana assente — sempre chiaramente distinguibili, senza affidarsi esclusivamente a miglioramenti software. In questi due test, l’obiettivo dell’ispezione era rilevare la presenza della membrana. Due strutture di membrana richiedevano geometrie di illuminazione diverse: una luce a cupola per una membrana con anello in acciaio e una luce ad anello a basso angolo per una membrana a cupola.

Perché la geometria dell’illuminazione è fondamentale nel rilevamento della presenza di membrane

Una membrana può essere fisicamente presente ma quasi invisibile sotto un’illuminazione inadeguata. L’illuminazione deve quindi interagire con la membrana e con il supporto in modo da generare, all’interno della zona di ispezione, una variazione di intensità o di colore ripetibile.

Per il campione dell’anello in acciaio, un’immagine in bianco e nero era sufficiente perché la membrana trasformava l’anello da scuro a chiaro sotto illuminazione diffusa frontale. Per il campione con membrana a cupola, una telecamera a colori ha conservato la differenza tonale visibile: l’anello del fissaggio appariva nero senza la membrana e bianco latteo quando la membrana era installata.

Questi test illustrano perché la sorgente luminosa debba essere scelta in base al comportamento ottico del componente, non semplicemente in base alla luminosità. La forma della superficie, la trasparenza, l’angolo di campo, la distanza di lavoro, il tipo di telecamera e lo spazio disponibile per il montaggio hanno tutti influito sulla configurazione finale. Le immagini fornite dimostrano una chiara separazione visiva, ma non sono stati indicati valori di accuratezza, tempo di ciclo o ripetibilità; tali parametri devono essere confermati durante la validazione in produzione.

Caso 1: Ispezione della membrana per anello in acciaio con illuminatore a cupola

La prima configurazione ha utilizzato un’illuminazione diffusa frontale proveniente da una luce a cupola a forma di ciotola. La sua ampia superficie riflettente ha distribuito la luce intorno al supporto ad anello in acciaio, producendo un’immagine in bianco e nero ad alto contrasto. Nei risultati forniti, l’anello del supporto è rimasto nero in assenza della membrana ed è diventato bianco intenso in presenza della membrana. Questo cambiamento di stato fornisce all’algoritmo di visione un segnale diretto di regione di interesse per il controllo della presenza.

La configurazione di acquisizione immagini era composta da una MV-CS200-10GM, fotocamera monocromatica a scansione area da 20 MP , un lente fissa da 35 mm , e una KM-3DM13034-W-24V-S, luce a cupola . La distanza di lavoro della lente era 180 mm , il campo visivo era 67 × 45 mm , e l’altezza di installazione della luce era 93 mm .

Una luce a cupola era appropriata perché la membrana e la staffa circolare richiedevano un'illuminazione frontale ampia ed uniforme. Per il passaggio alla produzione, il team dovrebbe bloccare l'esposizione e il guadagno, schermare la stazione dalla luce ambientale variabile e convalidare i campioni in condizioni normali, con membrana mancante, con membrana spostata e con variazioni di lotto.

Caso 2: Ispezione cupola-membrana con una luce ad anello a basso angolo

Il secondo campione aveva una geometria diversa e richiedeva un angolo di illuminazione più basso. Una luce ad anello a basso angolo diretta orizzontalmente ha illuminato l'area cupola-membrana mentre la telecamera a colori registrava il contrasto RGB risultante. Senza la membrana, la zona della staffa circolare appariva nera. Con la membrana installata, la stessa zona appariva bianco latteo, rendendo così visivamente distinguibili i due stati.

Questa configurazione utilizzava una telecamera a colori MV-CU120-10GC da 12 MP con scansione area , un obiettivo fisso da 16 mm con anello di prolunga da 1 mm , e una luce ad anello KM-2RN12085A0-W-24V(1.3)-D . La distanza di lavoro della lente era 80 mm , il campo visivo era 37 × 28 mm , e l’altezza di installazione della luce era 23 mm .

L’allestimento a basso angolo è stato scelto per rivelare la risposta della membrana, preservando al contempo la forma circolare e i fori circostanti. Prima del rilascio sulla linea di produzione, l’ispezione deve essere verificata dopo la stabilizzazione termica e nel rispetto della tolleranza prevista per la posizione del componente. Le soglie devono basarsi su più campioni conformi e non conformi, anziché su una singola immagine di riferimento.

Conclusione ingegneristica

Questi casi dimostrano che compiti simili di rilevamento della presenza possono richiedere illuminazioni diverse sOLUZIONI . La membrana con anello in acciaio ha beneficiato di un’illuminazione diffusa a cupola e di un contrasto in bianco e nero, mentre la membrana a cupola ha richiesto un’illuminazione ad anello a basso angolo e informazioni cromatiche. La scelta corretta dipendeva da come ciascuna membrana interagiva con la luce, non semplicemente dalla risoluzione della telecamera.

Per un nuovo progetto di ispezione di membrane, fornire il disegno del componente, immagini campione, materiale della membrana, campo visivo, distanza di lavoro, velocità della linea, modello della telecamera e criteri di accettazione. Un test campione controllato può quindi confrontare le geometrie di illuminazione e documentare le condizioni finali della telecamera, dell’obiettivo, della sorgente luminosa, dell’esposizione, del guadagno e del montaggio. Questo registro rende più facile riprodurre il risultato quando il sistema viene installato o duplicato. Il team di produzione dovrebbe inoltre salvare immagini di riferimento sia per gli stati accettati che per verificare nuovamente la soglia dopo manutenzione, sostituzione di fissaggi o regolazione dell’illuminazione. Ciò evita che una modifica hardware non documentata diventi una nuova causa di risultati errati.

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