Sơ đồ chiếu sáng để phát hiện vết xước trên bề mặt dựa trên thị giác máy

Trong sản xuất công nghiệp, các khuyết tật bề mặt như vết nứt và vết trầy xước trên sản phẩm thường xuyên xuất hiện. Ngành công nghiệp thị giác máy đã có những bước đột phá đáng kể trong kiểm tra bề mặt so với những năm trước, và việc phát hiện các vết trầy, vết bẩn và các khuyết tật khác trên bề mặt sản phẩm không còn là thách thức khó khăn nữa.

Nó được ứng dụng rộng rãi trong kiểm tra bề mặt ở các ngành công nghiệp như kim loại, thủy tinh, màn hình điện thoại di động và các tấm màn hình tinh thể lỏng.

Tuy nhiên, những khuyết tật như vậy thường có hình dạng không đều, độ sâu tương phản thấp và dễ bị ảnh hưởng bởi kết cấu tự nhiên hoặc các hoa văn trên bề mặt sản phẩm. Do đó, việc phát hiện vết xước trên bề mặt đòi hỏi yêu cầu rất cao về ánh sáng phù hợp, độ phân giải của camera, vị trí tương đối giữa bộ phận được kiểm tra và camera công nghiệp, cũng như các thuật toán thị giác máy phức tạp.

Quy trình phân tích cơ bản cho việc phát hiện vết xước bằng thị giác máy được chia thành hai bước: Thứ nhất, xác định xem bề mặt sản phẩm có bị xước hay không. Thứ hai, sau khi xác nhận sự tồn tại của vết xước trong hình ảnh đã phân tích, tiến hành trích xuất vết xước đó.

ⅰ .  Vết xước trên bề mặt nói chung có thể được chia thành ba loại chính:

Loại 1 Vết Xước: Tương đối dễ nhận biết bằng mắt thường, với sự thay đổi mức xám rõ rệt so với khu vực xung quanh. Có thể chọn ngưỡng nhỏ hơn để đánh dấu trực tiếp phần bị lỗi.

Loại 2 Vết Xước: Một số vết trầy xước có sự thay đổi giá trị mức xám ít rõ ràng hơn. Toàn bộ hình ảnh có mức xám tương đối đồng đều, khu vực trầy xước nhỏ (chỉ vài điểm ảnh), và mức xám chỉ thấp hơn một chút so với vùng xung quanh, khiến việc phân biệt trở nên rất khó khăn.

Hình ảnh gốc có thể được xử lý bằng lọc trung bình để thu được hình ảnh mịn hơn. Sau đó lấy hình ảnh này trừ đi hình ảnh gốc. Khi giá trị tuyệt đối của sự khác biệt lớn hơn một ngưỡng nhất định, hãy đánh dấu nó là mục tiêu. Đánh dấu tất cả các mục tiêu, tính diện tích của chúng, loại bỏ các mục tiêu có diện tích quá nhỏ, và đánh dấu các mục tiêu còn lại là vết trầy xước.

Loại 3 Vết trầy xước: Có sự khác biệt đáng kể về mức xám giữa các phần, và hình dạng thường dài và hẹp. Nếu áp dụng phân đoạn ngưỡng cố định lên hình ảnh, phần bị lỗi được đánh dấu sẽ nhỏ hơn phần thực tế.  

Vì các vết xước trong những hình ảnh như vậy có dạng dài và mỏng, việc chỉ dựa vào phát hiện mức xám sẽ bỏ sót các phần mở rộng của khuyết tật. Đối với những hình ảnh này, dựa trên đặc điểm của chúng, phương pháp được chọn là kết hợp ngưỡng kép và đặc trưng hình dạng khuyết tật.

Do tính đa dạng của hình ảnh trong kiểm tra công nghiệp, đối với mỗi loại hình ảnh, phải phân tích và cân nhắc toàn diện nhiều phương pháp khác nhau trong quá trình xử lý để đạt được hiệu quả mong muốn.

Nói chung, giá trị mức xám của phần có vết xước tối hơn so với vùng bình thường xung quanh, nghĩa là giá trị mức xám của vết xước nhỏ hơn. Ngoài ra, phần lớn các vết xước nằm trên bề mặt trơn tru, do đó sự thay đổi mức xám trên toàn bộ hình ảnh nhìn chung rất đồng đều, thiếu đặc trưng kết cấu.

Vì vậy, việc phát hiện vết xước thường sử dụng các đặc trưng mức xám dựa trên thống kê hoặc các phương pháp phân đoạn ngưỡng để đánh dấu phần bị xước.

Bên cạnh đó, việc phát hiện khuyết tật vết xước bề mặt yêu cầu rất cao về ánh sáng phù hợp.

ⅱ. Các phương pháp chiếu sáng phổ biến để kiểm tra bằng thị giác máy bao gồm bốn cách sau:

Đèn đồng trục, đèn góc thấp, đèn nền và đèn góc cao. Bốn phương pháp chiếu sáng này có hiệu quả trong việc phát hiện các vết xước cứng, nhưng đối với các sản phẩm có yêu cầu cao về bề mặt như vết xước mềm, hiệu quả sẽ kém rõ rệt.  

Phân tích dữ liệu lớn cho thấy đối với các vết xước trên bề mặt sản phẩm, hai giải pháp chính được đề xuất là chiếu sáng góc thấp và chiếu sáng góc cao.

(I) Phương pháp góc thấp

Khi hai vật thể tiếp xúc và cọ xát với nhau, các vết xước trên bề mặt dễ xuất hiện, nghĩa là vết xước có tính định hướng.

Khi xem xét hiệu quả của phương pháp chiếu sáng góc thấp, nếu chúng ta sử dụng ánh sáng song song (song song với vết xước), vết xước sẽ bị mờ đi do ánh sáng chiếu vào, khiến hiệu quả kém rõ rệt trên hình ảnh.

Nếu chúng ta sử dụng một bộ đèn chiếu sáng vuông góc (vuông góc với vết xước), vết xước sẽ được ánh sáng làm nổi bật, khiến hiệu quả trở nên rất rõ rệt trên hình ảnh.  

Dựa trên phân tích nêu trên, chúng tôi sử dụng tám nguồn sáng hình thanh để chiếu sáng vật gia công theo phương pháp chia thời gian, thiết kế phương án chiếu sáng như sau.

Một nguồn sáng vòng được chia thành tám kênh điều khiển, chiếu sáng theo phương pháp chia thời gian, và chụp tám hình liên tiếp. Cuối cùng phần mềm sử dụng thuật toán để chồng hình tất cả các khuyết tật lên nhau, từ đó phát hiện một cách chính xác nhất việc tồn tại các vết xước trên bề mặt vật gia công.

Giải pháp hình ảnh này phù hợp với các sản phẩm yêu cầu độ chính xác cao và yêu cầu nghiêm ngặt về kiểm tra bề mặt, nhưng không phù hợp với các sản phẩm có yêu cầu cao về hiệu suất.

(II) Phương pháp góc cao

Kinh nghiệm cho thấy đối với các vết xước nhẹ dưới ánh sáng đồng trục, khoảng cách làm việc của nguồn sáng càng cao thì hiệu ứng càng rõ rệt.

Tuy nhiên, với cùng một nguồn sáng, khoảng cách làm việc lớn hơn cũng đồng nghĩa với việc bề mặt phát sáng nhỏ hơn và độ sáng của nguồn sáng giảm. Không thể đồng thời có được cả hiệu ứng và tính thực tế.

Thông thường ,người lao động trong nhà máy sử dụng bóng đèn huỳnh quang để chiếu sáng khi kiểm tra bằng mắt thường thông tin bề mặt sản phẩm. Ánh sáng từ bóng đèn huỳnh quang phản xạ gương vào mắt họ.

Đối với các vật phẩm có phản xạ gương, dựa trên định luật phản xạ ánh sáng, người ta áp dụng phương pháp chiếu sáng để tạo hiệu ứng phản xạ gương.

Những người quan sát kỹ sẽ nhận thấy rằng phương pháp kiểm tra bằng mắt thường thường liên quan đến việc chiếu hình ảnh của bóng đèn huỳnh quang lên sản phẩm, sau đó lắc sản phẩm để di chuyển bóng đèn trong đó.

Theo cách này, vết sáng chiếu lên một khu vực nhỏ của sản phẩm, phản ánh thông tin bề mặt, cho phép mắt người dễ dàng nhận biết sản phẩm có lỗi hay không, ngay cả những lỗi rất mờ cũng có thể nhìn thấy rõ ràng.

Trên đây là các đề xuất giải pháp chiếu sáng dựa trên thị giác máy để phát hiện vết xước bề mặt. Hy vọng sẽ hữu ích cho dự án của bạn.