技術文章
如何組建機器視覺測量系統
日期：2018-02-07
來源：三姆森科技
機器視覺系統可以快速、準確和高可重復性地自動完成諸如部件測量和檢查的工作，這樣就可以幫助制造商提高產品質量和生產力。視覺系統在制造過程中的每一步都可以生成有價值的監測數據，這同時也可以幫助控制工程師擴展過程診斷的功能。
非接觸式測量更加快捷
機器視覺在質量控制上最普遍的應用就是測量。由于視覺系統測量部件特有的可以達到千分之一英寸的精度，使得它可以適用于很多從前需要采用接觸式測量方法的應用場合。制造商采用基于視覺的測量是有諸多原因的。速度是主要的一點。采用接觸式測量，難以跟上高吞吐量的流水線的步伐，因此，傳統地測量一般都是在產品抽檢時完成。相對應地，機器視覺系統就可以跟上上述生產流水線的步伐，每分鐘可以完成上千次的測量，而且機器視覺系統還可以嵌入流水線系統中進行100%的監測。消除了物理接觸，基于視覺的測量就可以避免對零件的損傷并減少了對機械測量表面磨損和劃痕的維護。最終，視覺系統可以測量某些不能用接觸式方法測量的零件。
診斷功能
除了測量，機器視覺還能為診斷提供一個有效數據采集工具，這些工具可以進行過程度量和分析數據走勢。視覺系統可以為監控操作提供實時的圖像，也可以將數字圖像按時間標記存檔，便于后期檢索。
舉例說，在一個裝罐流水線上，當瓶子經過攝像機時，它可以為每一個瓶子捕捉一幅圖像，并將其與一系列標準參數對比，檢查充滿程度、瓶蓋、密封程度和標簽、外觀和變形程度。當出現一個參數超標時，就發出信號提示此瓶需要被移至廢物儲存室。而且，這個可以通過設置系統，使之將次品瓶子的圖像存儲到一個數據庫中用于分析。工程師們可以觀察圖像來進行根源分析，而不是再次從廢物儲存室里取樣，再找到次品的來源。將次品圖像存檔以備后用的方法可以作為一種診斷工具使用，它有助于故障查找并減少停機時間。
視覺產品逐漸被歸為三種主要類別：視覺傳感器（一般是獨立的、低功耗的檢測設備）、基于PC機的視覺系統（帶有電源并且可以使用簡單的圖形化編程語言進行靈活的編程）、專家傳感器（針對特定自動化問題的低功耗技術）。這三個類別的視覺產品都包括攝像頭、處理器、圖像分析軟件、光源和網絡互連功能。很多器件是相互依賴的，所以這個列表不是嚴格排序的。例如，功能強大的軟件可以補償非最佳光源的不足；合理地使用鏡頭可以降低硬件的功耗。每一個視覺系統搭建區域或者實驗室里都應該有一系列的備用零件、鏡頭和其他組件，配合簡單的機器視覺攝像頭、光源和安裝選項，工程師可以在這些材料中酌情選擇，搭建視覺系統。
搭建系統用附件：
一個塑料標尺，就可以為前置光源后置光源來測量視野。擺放成45度角，聚焦在中間（而不是邊緣），它可以測量景深（例如15mm長的標尺距離，除以1.41得到景深）。對于高放大倍數的應用場合，使用一個簡單的朗奇光柵，檢查光學系統得失真。更換鏡頭并在最小視野下調整攝像頭的位置。無需購買超過實際需要的攝像頭，但需要花費時間對結果進行數學換算。
一組顏色濾鏡，可以減少環境光線的影響；濾除不同材料光波中的共同波長部分，進而增加對比度。
焦距擴展設備，可以通過使用一個2倍的焦距擴展設備仿真一個更長焦距的鏡頭，如將50mm的焦距變換為100mm的焦距或35mm的焦距變換為70mm。
鏡式分光器，可以與一個環形光源或集成的攝像頭光源搭配使用，以使攝像頭和光源垂直于零件。在45度的角度上，通過反射一半光線、透射另一半光線，可以模擬一個散射同軸光源，對于漫反射，可以調整攝像頭，以使中央光圈環繞待測零件，這樣可以消除測量誤差。在機器人技術的應用中，例如在發動機組周圍可以在每一個測量點對機器人進行示教。對于遠程測量，它也可以增加精度。散射同軸光源（DOAL）可以減少反射和閃耀、消除亮點和異物，例如通過給出邊緣對比度可以消除油漆表面上的結塊。
硬件：圖像采集硬件（即“圖像采集卡”）必須具有低噪聲和低抖動，以便進行穩定的測量。
軟件：確保基于視覺的度量衡能對測量公差給予明確的定義。例如有多種不同的方法可以測量垂直度，所以你必須先確定此視覺解決方案能夠完成所要求的測。
重復性能：任何傳感作業，包括視覺傳感，都需要重復測量來盡可能多地進行可靠地檢測。要測試重復性，須在視覺系統下放置一個零件，“至少進行5次測量，且在測量過程中不能改變零件的位置、光源或其他變量。據此，你可以繪出測量的重復性，并且確保結果中的任何改變都在測量允許公差之內。
鏡頭選擇，避免失真：標準的機器視覺鏡頭都有光學失真、負失真或桶狀失真，當在距鏡頭不同距離的位置測量時，還會產生透視失真。雖然這些失真可以被機器視覺系統部分地校正。但更好的解決方法是使用低失真的鏡頭或遠心透鏡。根據視野要求和對最小感興趣點的分辨率來選擇鏡頭。
光源，避免反射：提供一種可以增強待測量并且抑制人為影響的光源，不必要的反射就是人為影響。例如沖壓金屬板之類的可以用逆光照射零件，我們就用平行光源來凸現其邊緣。正確的光源選擇需要一定經驗和試驗測定。
非接觸式測量更加快捷
機器視覺在質量控制上最普遍的應用就是測量。由于視覺系統測量部件特有的可以達到千分之一英寸的精度，使得它可以適用于很多從前需要采用接觸式測量方法的應用場合。制造商采用基于視覺的測量是有諸多原因的。速度是主要的一點。采用接觸式測量，難以跟上高吞吐量的流水線的步伐，因此，傳統地測量一般都是在產品抽檢時完成。相對應地，機器視覺系統就可以跟上上述生產流水線的步伐，每分鐘可以完成上千次的測量，而且機器視覺系統還可以嵌入流水線系統中進行100%的監測。消除了物理接觸，基于視覺的測量就可以避免對零件的損傷并減少了對機械測量表面磨損和劃痕的維護。最終，視覺系統可以測量某些不能用接觸式方法測量的零件。
診斷功能
除了測量，機器視覺還能為診斷提供一個有效數據采集工具，這些工具可以進行過程度量和分析數據走勢。視覺系統可以為監控操作提供實時的圖像，也可以將數字圖像按時間標記存檔，便于后期檢索。
舉例說，在一個裝罐流水線上，當瓶子經過攝像機時，它可以為每一個瓶子捕捉一幅圖像，并將其與一系列標準參數對比，檢查充滿程度、瓶蓋、密封程度和標簽、外觀和變形程度。當出現一個參數超標時，就發出信號提示此瓶需要被移至廢物儲存室。而且，這個可以通過設置系統，使之將次品瓶子的圖像存儲到一個數據庫中用于分析。工程師們可以觀察圖像來進行根源分析，而不是再次從廢物儲存室里取樣，再找到次品的來源。將次品圖像存檔以備后用的方法可以作為一種診斷工具使用，它有助于故障查找并減少停機時間。
視覺產品逐漸被歸為三種主要類別：視覺傳感器（一般是獨立的、低功耗的檢測設備）、基于PC機的視覺系統（帶有電源并且可以使用簡單的圖形化編程語言進行靈活的編程）、專家傳感器（針對特定自動化問題的低功耗技術）。這三個類別的視覺產品都包括攝像頭、處理器、圖像分析軟件、光源和網絡互連功能。很多器件是相互依賴的，所以這個列表不是嚴格排序的。例如，功能強大的軟件可以補償非最佳光源的不足；合理地使用鏡頭可以降低硬件的功耗。每一個視覺系統搭建區域或者實驗室里都應該有一系列的備用零件、鏡頭和其他組件，配合簡單的機器視覺攝像頭、光源和安裝選項，工程師可以在這些材料中酌情選擇，搭建視覺系統。
搭建系統用附件：
一個塑料標尺，就可以為前置光源后置光源來測量視野。擺放成45度角，聚焦在中間（而不是邊緣），它可以測量景深（例如15mm長的標尺距離，除以1.41得到景深）。對于高放大倍數的應用場合，使用一個簡單的朗奇光柵，檢查光學系統得失真。更換鏡頭并在最小視野下調整攝像頭的位置。無需購買超過實際需要的攝像頭，但需要花費時間對結果進行數學換算。
一組顏色濾鏡，可以減少環境光線的影響；濾除不同材料光波中的共同波長部分，進而增加對比度。
焦距擴展設備，可以通過使用一個2倍的焦距擴展設備仿真一個更長焦距的鏡頭，如將50mm的焦距變換為100mm的焦距或35mm的焦距變換為70mm。
鏡式分光器，可以與一個環形光源或集成的攝像頭光源搭配使用，以使攝像頭和光源垂直于零件。在45度的角度上，通過反射一半光線、透射另一半光線，可以模擬一個散射同軸光源，對于漫反射，可以調整攝像頭，以使中央光圈環繞待測零件，這樣可以消除測量誤差。在機器人技術的應用中，例如在發動機組周圍可以在每一個測量點對機器人進行示教。對于遠程測量，它也可以增加精度。散射同軸光源（DOAL）可以減少反射和閃耀、消除亮點和異物，例如通過給出邊緣對比度可以消除油漆表面上的結塊。
硬件：圖像采集硬件（即“圖像采集卡”）必須具有低噪聲和低抖動，以便進行穩定的測量。
軟件：確保基于視覺的度量衡能對測量公差給予明確的定義。例如有多種不同的方法可以測量垂直度，所以你必須先確定此視覺解決方案能夠完成所要求的測。
重復性能：任何傳感作業，包括視覺傳感，都需要重復測量來盡可能多地進行可靠地檢測。要測試重復性，須在視覺系統下放置一個零件，“至少進行5次測量，且在測量過程中不能改變零件的位置、光源或其他變量。據此，你可以繪出測量的重復性，并且確保結果中的任何改變都在測量允許公差之內。
鏡頭選擇，避免失真：標準的機器視覺鏡頭都有光學失真、負失真或桶狀失真，當在距鏡頭不同距離的位置測量時，還會產生透視失真。雖然這些失真可以被機器視覺系統部分地校正。但更好的解決方法是使用低失真的鏡頭或遠心透鏡。根據視野要求和對最小感興趣點的分辨率來選擇鏡頭。
光源，避免反射：提供一種可以增強待測量并且抑制人為影響的光源，不必要的反射就是人為影響。例如沖壓金屬板之類的可以用逆光照射零件，我們就用平行光源來凸現其邊緣。正確的光源選擇需要一定經驗和試驗測定。
