Для измерения размеров с помощью машинного зрения используются камеры, освещение и специализированное программное обеспечение для выполнения бесконтактных, высокоточных и автоматизированных измерений размеров объектов, таких как длина, ширина, высота, диаметр и форма контура.Это обеспечивает контроль качества за счет мгновенного сравнения характеристик продукции с заданными допусками, часто выявляя мельчайшие отклонения в режиме реального времени.
Ключевые аспекты измерения в машинном зрении
- Используемые технологии: Системы основаны на обнаружении границ, 2D-изображении для определения ширины/диаметра и 3D-методах (например, стереоскопическом зрении, лазерном профилировании) для проверки высоты и сложных форм.
- Области применения: К распространенным областям применения относятся измерение диаметров отверстий, расстояний между краями и проверка трехмерных объемов в автоматизированном производстве.
- Точность и калибровка: При надлежащей калибровке эти системы могут достигать точности, значительно превышающей количество пикселей камеры.
- Компоненты: К необходимому оборудованию относятся камеры высокого разрешения, специальный объектив и освещение (например, контровое освещение), предназначенное для выделения краев.
- Преимущества: В отличие от ручной проверки, машинное зрение обеспечивает высокоскоростную, 100% проверку с получением полезных цифровых данных, что снижает вероятность человеческой ошибки.
Определение и основные принципы
Измерение размеров в системах машинного зрения — это процесс использования передовых оптических технологий для высокоточного измерения физических размеров объектов. Эти системы используют камеры, датчики и аналитическое программное обеспечение для сбора и анализа данных без физического контакта. Благодаря таким методам, как интерферометрия белого света и приборы с зарядовой связью (ПЗС), можно проводить измерения с точностью до нанометрового масштаба.
Основные принципы измерения размеров основаны на точности, воспроизводимости и эффективности. Эти системы используют алгоритмы для интерпретации визуальных данных, обеспечивая согласованные результаты при многократных проверках. Например, интерферометрия белого света превосходно подходит для таких применений, как поверхности солнечных элементов и полупроводники, предлагая непревзойденное разрешение. Технология ПЗС, с другой стороны, обеспечивает высокую чувствительность в условиях низкой освещенности, что делает ее идеальной для таких отраслей, как автомобильная и аэрокосмическая промышленность.
| Технологии | Приложения | Преимущества |
|---|---|---|
| Интерферометрия белого света | Проектирование интегральных схем, поверхности солнечных элементов, фоторазделители, волоконная оптика, полупроводники, MEMS. | Разрешение до уровня нескольких нанометров |
| Прибор с зарядовой связью (ПЗС) | Различные отрасли, включая автомобильную, аэрокосмическую и телекоммуникационную. | Высокая чувствительность в условиях низкой освещенности |
| Аналитическое программное обеспечение | Автоматизация в процессах измерений | Повышает качество, экономя время и деньги. |
Эти технологии работают вместе, создавая машину для визуального измерения, способную обрабатывать сложные геометрические формы и обеспечивать жесткие допуски. Автоматизация процесса измерения позволяет снизить количество человеческих ошибок и улучшить общий контроль качества.
Значение в современных отраслях промышленности
В современных отраслях промышленности измерение размеров играет жизненно важную роль, обеспечивая качество продукции и повышая эффективность. В производстве системы машинного зрения позволяют проводить контроль качества в режиме реального времени, сокращая количество отходов и простоев. Роботы, оснащенные системами контроля качества на производственной линии, обеспечивают мгновенную обратную связь, позволяя быстро вносить корректировки в процессе производства.
Такие отраслевые тенденции, как Индустрия 5.0 и Промышленный Интернет вещей (IIoT), подчеркивают растущий спрос на гибкие измерительные системы. Эти системы интегрируют передовые инструменты поддержки принятия решений, такие как искусственный интеллект и анализ данных, для оптимизации процессов и повышения качества. Например, системы 3D-зрения используют лазерное сканирование и структурированный свет для получения информации о глубине, создавая детальные изображения объектов.
| Тренд/Показатель | Описание |
|---|---|
| Индустрия 5.0 | Представляет собой новую эру в производстве, усиливая взаимодействие человека и машины и повышая спрос на метрологические системы. |
| Системы внутрипоточного контроля | Роботы, оснащенные этими системами, предоставляют данные измерений в режиме реального времени, повышая эффективность контроля качества. |
| Автоматизация и промышленный интернет вещей | Способствует внедрению гибких измерительных систем, позволяющих быстро корректировать качество и осуществлять мониторинг в режиме реального времени. |
| Передовые системы поддержки принятия решений | Использует анализ данных и искусственный интеллект для повышения эффективности производственных процессов и контроля качества в производстве. |
| Инструменты контроля качества | Технологии, такие как координатно-измерительные машины (КИМ) и 3D-сканирование, имеют решающее значение для обеспечения высокой точности и надежности производства. |
Внедрение этих систем позволит вам опережать отраслевые тенденции и удовлетворять растущий спрос на точность и надежность. Независимо от того, работаете ли вы в автомобильной, электронной или медицинской промышленности, системы машинного зрения для измерения размеров предоставляют инструменты, необходимые для поддержания высоких стандартов и повышения производительности.
Как работает измерение размеров в системах машинного зрения
Бесконтактные методы измерения
Бесконтактные методы измерения лежат в основе современных систем машинного зрения. Эти методы позволяют измерять объекты без физического взаимодействия, гарантируя, что хрупкие или быстро движущиеся детали останутся неповрежденными во время проверки. Благодаря использованию оптических технологий, таких как лазеры, структурированный свет и камеры высокого разрешения, эти системы достигают замечательной точности и скорости.
Например, лазерная триангуляция — широко используемая методика. Она проецирует лазерный луч на объект и улавливает отраженный свет с помощью датчика. Затем система вычисляет размеры объекта на основе угла отражения. Этот подход идеально подходит для применений, требующих высокой точности, таких как измерение размеров лопаток турбин в аэрокосмической отрасли. Аналогично, системы структурированного света проецируют узоры на объект и анализируют искажения для создания трехмерного изображения, что необходимо для таких задач, как обнаружение и подсчет объектов.
Бесконтактные методы обладают рядом преимуществ:
- Точность размеров: Они гарантируют, что размер, форма и выравнивание соответствуют проектным спецификациям.
- Обратная связь в режиме реального времени: вы можете немедленно выявлять проблемы и вносить корректировки, не останавливая производство.
- Повышение эффективности: Эти методы улучшают качество продукции, одновременно снижая производственные затраты.
Внедрение бесконтактных измерений позволяет повысить точность и оптимизировать процессы контроля, что делает их краеугольным камнем современных промышленных применений.
Обзор одномерных, двухмерных и трехмерных систем
Системы машинного зрения бывают трех основных типов: 1D, 2D и 3D, каждая из которых адаптирована к конкретным задачам измерения. Понимание их различий поможет вам выбрать подходящую систему для вашего приложения.
- Одномерные системы: Эти системы измеряют одно измерение, например, длину или ширину. Они просты, но эффективны для выполнения основных задач измерения, таких как проверка диаметра проводов или труб.
- Двумерные системы: Эти системы захватывают двухмерные изображения и широко используются в задачах контроля качества и инспекции. Системы сканирования по площади отлично подходят для проверки стационарных объектов, а линейные сканирующие камеры идеально подходят для высокоскоростных производственных линий.
- 3D-системы: Эти системы добавляют информацию о глубине, что делает их незаменимыми для приложений, требующих пространственного восприятия. Например, системы 3D-зрения используют стереокамеры или лазерную триангуляцию для создания подробных карт глубины. Эта возможность имеет решающее значение для роботизированных манипуляторов, выполняющих такие задачи, как сварка или резка, где точное позиционирование имеет важное значение.
Каждая система обладает уникальными преимуществами. В то время как одномерные системы экономически эффективны для простых задач, двухмерные системы обеспечивают повышенную точность для более сложных проверок. Трехмерные системы, хотя и более совершенны и дороги, предлагают беспрецедентные возможности для автоматизации и распознавания объектов в таких отраслях, как автомобилестроение и электроника.
Роль камер, датчиков и программного обеспечения
Камеры, датчики и программное обеспечение работают слаженно, обеспечивая точные измерения размеров в системах машинного зрения. Каждый компонент играет решающую роль в обеспечении производительности системы.
- Камеры: Камеры высокого разрешения позволяют получать детализированные изображения объектов. Линейные сканирующие камеры идеально подходят для контроля сплошных материалов, таких как текстиль, в то время как системы сканирования площадей позволяют с высокой точностью обрабатывать дискретные объекты.
- Датчики: Датчики, такие как 3D-профильные датчики, измеряют критически важные размеры, выявляя отклонения от проектных параметров. В аэрокосмической отрасли эти датчики обеспечивают соответствие лопаток турбин точным техническим характеристикам.
- Программное обеспечение: Передовое программное обеспечение обрабатывает данные, собранные камерами и датчиками. Оно выполняет такие задачи, как распознавание объектов, обнаружение дефектов и анализ измерений. Например, системы 3D-машинного зрения используют программное обеспечение для анализа данных о глубине, что позволяет точно локализовать объекты и анализировать их форму.
Одной из примечательных технологий является 3D-профилирование линий, использующее лазерную триангуляцию для создания трехмерного изображения объекта. Этот метод необходим для измерения сложных элементов и обеспечения повышенной точности в промышленных приложениях. Благодаря сочетанию этих технологий, машина для визуального измерения может с удивительной эффективностью справляться со сложными задачами.
Взаимодействие камер, датчиков и программного обеспечения гарантирует, что системы машинного зрения будут выдавать надежные и точные результаты. Независимо от того, проверяете ли вы мелкие компоненты или управляете роботизированными манипуляторами, эта синергия является ключом к достижению стабильной производительности.
Преимущества систем машинного зрения для измерения размеров
Точность и прецизионность
Системы машинного зрения для точного измерения разных размеров обеспечивают непревзойденную точность и прецизионность. Эти системы используют передовые камеры и датчики для получения подробных изображений и измерений, гарантируя, что каждый продукт соответствует точным техническим характеристикам. Например, для оценки эффективности работы этих систем используются такие показатели, как точность и прецизионность. Точность измеряет общую правильность работы системы, а прецизионность фокусируется на надежности ее положительных прогнозов. Вместе они обеспечивают стабильные результаты при каждой проверке.
Исследования подчеркивают эффективность этих систем в достижении высокой точности. Например, исследования систем измерения геометрических размеров показывают, как технология машинного зрения обеспечивает измерения в реальном времени бесконтактным способом с минимальными погрешностями. Такой уровень точности имеет решающее значение в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность и электроника, где даже малейшее отклонение может повлиять на производительность. Использование этих систем позволяет поддерживать высокие стандарты качества и снижать риск дефектов.
Скорость и эффективность
Системы машинного зрения отличаются высокой скоростью и эффективностью, что делает их незаменимыми для современного производства. Эти системы могут одновременно контролировать множество параметров, значительно сокращая время, необходимое для контроля качества. В отличие от ручных методов, которые отнимают много времени и подвержены ошибкам, автоматизированные системы обрабатывают данные в режиме реального времени. Это позволяет выявлять и устранять проблемы без задержки производства.
Такие инструменты, как видеоизмерительные машины (VMM) и системы визуального измерения (VMS), повышают эффективность за счет анализа изображений с помощью сложных алгоритмов. Они оптимизируют процесс контроля качества, обеспечивая быстрое соответствие продукции проектным требованиям. Например, системы структурированного света могут сканировать объекты и создавать 3D-модели за считанные секунды, что позволяет быстро обнаруживать дефекты или неровности. Такая скорость не только повышает производительность, но и минимизирует время простоя, экономя время и ресурсы.
Автоматизация и снижение количества человеческих ошибок
Автоматизация — ключевое преимущество систем машинного зрения для измерения размеров. Заменив ручной контроль автоматизированными процессами, можно исключить человеческие ошибки и добиться стабильных результатов. Эти системы используют передовое программное обеспечение для анализа данных, обнаружения дефектов и высокоточного измерения размеров. Например, исследования Gauge R&R оценивают надежность этих систем, гарантируя, что измерения остаются стабильными с течением времени.
Переход от ручного к автоматизированному контролю качества преобразил целые отрасли. Исследования в области измерения мелких деталей показывают, как машинное зрение снижает затраты, одновременно повышая точность. Автоматизированные системы также легко интегрируются с производственными линиями, обеспечивая обратную связь в режиме реального времени и позволяя быстро вносить корректировки. Это сокращает количество отходов и гарантирует, что каждый продукт соответствует стандартам качества. Благодаря автоматизации вы можете повысить эффективность, улучшить контроль качества и оставаться конкурентоспособными на современном быстро меняющемся рынке.
Масштабируемость в различных отраслях.
Системы машинного зрения для измерения размеров легко адаптируются к различным отраслям промышленности, что делает их универсальным решением для современных производственных задач. Их масштабируемость для различных приложений гарантирует возможность внедрения независимо от уникальных требований вашей отрасли.
Одним из ключевых преимуществ этих систем является их способность предотвращать человеческие ошибки. Обеспечивая быстрые и точные измерения, они помогают сократить количество бракованной продукции и поддерживать стабильное качество. Эта функция особенно ценна в таких отраслях, как электроника, где даже незначительные неточности могут привести к серьезным проблемам.
Совет : Системы машинного зрения идеально подходят для отраслей, требующих высокой точности, таких как аэрокосмическая, автомобильная промышленность и производство медицинского оборудования.
Эти системы также способствуют снижению затрат. Они повышают скорость производства, снижают трудозатраты и минимизируют отходы материалов. Например, в автомобильной промышленности системы машинного зрения проверяют компоненты на сборочных линиях, гарантируя, что каждая деталь соответствует строгим техническим требованиям. Такая эффективность не только экономит время, но и снижает необходимость в доработке или ремонте.
Еще одно преимущество — их способность минимизировать сбои во время проверок. Бесконтактные методы измерения гарантируют, что хрупкие детали останутся неповрежденными, что снижает затраты на ремонт и время простоя. Эта особенность особенно полезна в таких отраслях, как производство медицинского оборудования, где точность и аккуратность имеют первостепенное значение.
Кроме того, системы машинного зрения повышают производительность за счет выполнения команд быстрее, чем операторы-люди. Эта возможность позволяет поддерживать высокий уровень производительности даже в сложных условиях. Например, в пищевой промышленности эти системы проверяют упаковку на высоких скоростях, гарантируя соответствие продукции стандартам безопасности и качества.
Наконец, эти системы повышают безопасность на рабочем месте, сокращая участие человека в потенциально опасных процессах. Автоматизируя проверки, вы можете создать более безопасную среду для своей команды, сохраняя при этом эффективность.
Благодаря своей адаптивности и многочисленным преимуществам, системы машинного зрения представляют собой масштабируемое решение для отраслей промышленности, стремящихся повысить качество, эффективность и безопасность.
Типы систем машинного зрения для измерения размеров
Одномерные системы и их приложения
Системы машинного зрения, работающие в одномерном режиме, сосредоточены на измерении одного параметра, например, длины или ширины. Эти системы идеально подходят для задач, требующих высокоскоростной проверки непрерывных материалов. Например, линейные сканирующие камеры анализируют изображения построчно, что делает их эффективными для задач контроля рулонных материалов. Такие отрасли, как упаковка и текстильная промышленность, используют эти системы для проверки крупных объектов или материалов, таких как рулоны бумаги или пластиковые листы.
Ярким примером является компания Integro Technologies, которая использует систему линейного сканирования для контроля больших рулонов бумаги. Эта система обеспечивает высокую чувствительность и точность обнаружения дефектов, демонстрируя свою эффективность в измерении размеров. Использование одномерных систем позволяет быстро и надежно измерять размеры для простых, но важных задач.
Двумерные системы и их приложения
Системы машинного зрения, работающие в двухмерном режиме, захватывают двухмерные изображения, что делает их универсальными для широкого спектра применений. Эти системы превосходно справляются с измерением расстояний и площадей, проверкой поверхностей продукции и проверкой этикеток. Например, они гарантируют соответствие этикеток продукции стандартам и проверяют наличие дефектов поверхности для поддержания качества.
| Применение/Преимущество | Описание |
|---|---|
| Проверка этикетки | Обеспечивает точность и соответствие маркировки продукции стандартам. |
| Проверка поверхностей изделий | Проводит проверку на наличие дефектов и качества поверхности изделий. |
| Измерение размеров | Проводит замеры габаритов продукции, чтобы убедиться в ее соответствии техническим характеристикам. |
Хотя двухмерные системы могут не обладать точностью, необходимой для сложных геометрических форм, они остаются надежным выбором для задач, требующих быстрых и точных измерений. Эти системы широко используются в таких отраслях, как электроника и производство потребительских товаров, где поддержание стабильного качества имеет важное значение.
3D-системы и их применение
Системы 3D-машинного зрения добавляют глубину к измерениям, что делает их незаменимыми для отраслей, требующих высокой точности. Эти системы измеряют высоту, ширину и глубину, что имеет решающее значение для объемного контроля и анализа сложных форм. Например, 3D-системы широко используются в аэрокосмической и автомобильной промышленности для контроля литых или обработанных деталей.
| Название исследования | Результаты |
|---|---|
| Система контроля качества продукции с использованием промышленных роботов на основе 3D-зрения. | Подчеркивается эффективность выполнения измерений размеров и обеспечения контроля качества. |
| Автоматизированная система контроля качества на основе машинного зрения для анализа размеров продукции. | Предоставляет количественные данные о производительности в промышленных приложениях. |
| Экспериментальное сравнение оптических систем 3D-измерения и контроля в режиме реального времени. | Предлагает количественные данные о точности и надежности измерений размеров. |
Использование 3D-систем позволяет минимизировать дефекты и обеспечить соответствие техническим требованиям. Эти системы превосходят ручные методы по скорости и стабильности, позволяя хранить данные для проверки соответствия и последующего анализа. Возможность создания детализированных 3D-моделей делает их мощным инструментом для передовых производственных процессов.
Применение измерения размеров в системах машинного зрения
Производство и контроль качества
Измерение размеров играет решающую роль в производстве и контроле качества. Системы машинного зрения гарантируют соответствие каждого изделия проектным спецификациям, обеспечивая точные измерения в процессе производства. Эти системы проверяют размеры, выявляют дефекты и подтверждают допуски в режиме реального времени. Например, технология структурированного света обеспечивает точность до 10 микрометров, что делает ее идеальной для промышленной инспекции и контроля качества 3D-печати.
| Метод измерения размеров | Описание | Основные области применения |
|---|---|---|
| Стереовидение | Использует две камеры для высокоточного (0,1 мм) расчета глубины. | Точное размещение объекта |
| Структурированный свет | Проекты используют шаблоны для измерения искажений. | Промышленная инспекция |
| Датчики времени пролета | Измеряет время распространения света для создания 3D-карт. | Динамическое отслеживание объектов |
Использование этих технологий позволяет сократить количество отходов, повысить эффективность и поддерживать высокие стандарты качества в производственных процессах.
Проверка электроники и мелких компонентов
В электронике измерение размеров обеспечивает точность мелких компонентов. По мере уменьшения размеров устройств точные измерения становятся необходимыми для поддержания их функциональности. Системы машинного зрения, такие как 3D-сканирование и лазерные измерительные инструменты, превосходно подходят для контроля микрокомпонентов. Эти системы обнаруживают дефекты, проверяют размеры и обеспечивают соответствие строгим допускам.
- Достижения в области 3D-сканирования повышают эффективность контроля мелких деталей.
- Тенденции миниатюризации в электронике повышают спрос на точные измерения.
- Стандартные протоколы измерений подтверждают соответствие критических размеров допускам.
Например, такие компании, как Xometry, предоставляют подробные отчеты о проверке качества на основе рекомендаций ISO 2859-1. Эти отчеты гарантируют соответствие деталей стандартам качества, помогая поддерживать стабильность и надежность вашей продукции.
Медицинское оборудование и соответствие стандартам
В производстве медицинского оборудования измерение размеров имеет решающее значение. Системы машинного зрения гарантируют соответствие деталей проектным спецификациям и допускам, что крайне важно для производительности и безопасности продукции. Соответствие таким стандартам, как ISO 9001, требует строгих протоколов измерений. Передовые технологии, такие как тактильное зондирование и оптические датчики, обеспечивают высокую точность измерений.
- Измерение размеров обеспечивает контроль качества медицинского оборудования.
- Соответствие стандарту ISO 9001 предполагает строгие процессы калибровки и контроля.
- Такие технологии, как лазеры и оптические датчики, обеспечивают точные измерения.
Внедрение этих систем позволит вам соответствовать нормативным требованиям, повысить надежность продукции и обеспечить безопасность пациентов.
Оптимизация автомобильной промышленности и сборочных линий.
Системы измерения размеров играют решающую роль в оптимизации автомобильного производства и сборочных линий. Эти системы гарантируют соответствие каждого компонента точным техническим характеристикам, что крайне важно для обеспечения безопасности и производительности. Интеграция технологий машинного зрения позволяет ускорить контроль качества, сократить количество отходов и повысить общую эффективность.
На сборочных линиях системы машинного зрения отслеживают размеры в режиме реального времени. Это позволяет выявлять дефекты на ранней стадии и вносить корректировки без остановки производства. Например, системы 3D-зрения измеряют сложные детали, такие как компоненты двигателя или рамы шасси, с высокой точностью. Это гарантирует идеальную подгонку каждой детали во время сборки, снижая риск ошибок.
Использование систем измерения размеров значительно повышает эффективность производства. Ключевые показатели эффективности (KPI) помогают отслеживать и анализировать влияние этих систем на производство. Ниже приведена таблица, в которой обобщены некоторые важные показатели:
| KPI/Показатель эффективности | Описание |
|---|---|
| Ключевые показатели эффективности бережливого производства | Сосредоточьтесь на сокращении отходов и повышении эффективности производственных процессов. |
| Отслеживание производительности | Повышает общую эффективность производства за счет мониторинга ключевых операций. |
| Показатели операционной эффективности | Инструменты для анализа и оптимизации деятельности в автомобильном секторе. |
Что касается размеров, то для многих деталей или изделий, производимых в различных отраслях промышленности, установлен ограниченный допуск. Размеры изделий могут варьироваться в пределах этого диапазона. Но как проводить контроль размеров изделий? Одно из решений — выбрать образцы из множества изделий. Измерить различные размеры можно с помощью таких устройств, как трафареты, калибры, штангенциркули или другие измерительные приборы. При этом методе, поскольку отдельные изделия не проверяются, могут существовать изделия, не соответствующие допустимому диапазону допусков.
Можно подумать, что если мы будем проверять каждый продукт таким образом, проблема будет решена! Но это не так. Несмотря на высокую стоимость этой работы, нам необходимо перемещать продукт при таком виде контроля. В то же время, с ростом автоматизации на заводах, скорость производства продукции часто настолько высока, что не позволяет осуществлять перемещение и контроль размеров отдельных изделий в отведенное время. Но как проводить контроль размеров на высокой скорости и автоматически на производственной линии?
Контроль размеров с обработкой изображений на производственной линии.
Инспектор по качеству утверждает продукт, наблюдая за его внешним видом и измеряя габариты. Обработка изображения продукта также позволяет извлечь такие внешние характеристики, как размер. Прежде всего, необходимо сделать качественные снимки с помощью промышленной камеры и подходящего объектива, а на следующем этапе извлечь габариты продукта с помощью программного обеспечения для обработки изображений. На рисунке ниже показана промышленная деталь, размеры и внутренние радиусы которой получены с помощью обработки изображений.
Как определить размеры изделия с помощью обработки изображений?!
Давайте сначала поговорим о понятии пикселей. Пиксель — это, по сути, наименьшая часть любого изображения, имеющая постоянный цвет и яркость. Яркость задается числом от 0 до 250.
Короче говоря, если мы знаем количество пикселей между двумя точками на изображении и определяем размер каждого пикселя в реальном мире, калибруя камеру, мы можем получить фактический размер, подсчитав количество пикселей. Но здесь возникает вопрос: достаточно ли понятия пикселя для точного определения границ объекта?
Субпиксельная обработка и концепция обнаружения границ
Границы объекта на изображении отображаются в виде краев за счет изменения цвета и яркости. Обнаружение краев — одна из важнейших и наиболее широко используемых методик обработки изображений. Хотя изображение состоит из тысяч пикселей, края объекта, какими бы гладкими они ни были, редко могут точно совпадать с границей между пикселями на сенсоре камеры. Поэтому размер пикселя может ограничивать точность измерения.
Для решения этой проблемы исследователи нашли методы более точного определения границ с использованием имеющихся данных. Результатом этого исследования стало использование скорости изменения цвета и интенсивности соседних пикселей для преобразования пикселя в меньшие пиксели. Эти меньшие пиксели называются субпикселями. В случае обнаружения границ с точностью до пиксельной компоненты допуски на измерения значительно уменьшаются. На рисунке ниже граница объекта оценивается с использованием описанного выше метода. Красная линия — это линия, перпендикулярная границе, вдоль которой рассчитывается скорость изменения количества пикселей.
Одновременное влияние разрешения камеры и увеличения объектива на точность измерения размеров.
Одним из важных параметров камеры является физический размер пикселя на сенсорном чипе камеры. Размер каждого пикселя на сенсоре камеры начинается примерно с 10 x 10 микрон, и этот размер уменьшается с увеличением разрешения. Одним из наиболее важных результатов, которые можно получить, используя два параметра — размер пикселя на сенсоре камеры и увеличение используемого объектива — является количество реального окружающего пространства, которое воспринимает пиксель.
Увеличение / размер пикселя на сенсоре = соответствующий размер пикселя в мире.
Вычисленное значение будет представлять собой точность измерения (разрешение) при использовании данного объектива и камеры. Конечно, в программных модулях, использующих субпиксельные технологии, края изображения можно получить с точностью в 5-11 раз большей, чем это значение.
Лучший объектив для контроля размеров: телецентрический объектив.
К наиболее важным факторам, негативно влияющим на точность измерений, относятся:
- Непостоянство увеличения в нормальных линзах
- искажение изображения
- Проблема, вызванная ракурсом.
- Недостаточный контраст для надежного обнаружения краев.
Благодаря уменьшению или устранению этих проблем, телецентрические линзы стали ключевым компонентом для внедрения и разработки высокоточных измерительных систем. Далее мы поговорим о преимуществах телецентрических линз, которые уменьшают указанные проблемы.
1. Постоянное увеличение
В обычных линзах при перемещении объекта размер получаемого изображения изменяется в зависимости от расстояния от объекта до линзы, так что удаленные объекты кажутся меньше, а близкие — больше. Другими словами, увеличение обычных линз непостоянно, и, как показано на рисунке ниже, изображение удаленного объекта уменьшается.
Но, как показано на рисунке, в телецентрической линзе размер изображения на сенсоре камеры остается неизменным при перемещении объекта между точками 1, 2 и 3. Конечно, это свойство будет существовать в определенном диапазоне от расстояния объекта до линзы, который называется глубиной резкости или телецентрическим диапазоном. Причина этого в том, что в телецентрической линзе, благодаря ее внутренней структуре, через линзу проходят только световые лучи, параллельные оси линзы, и направление этих лучей не меняется при перемещении изображения.
2. Уменьшение провисания (искажения) формы.
Искажение определяется как процентная разница между расстоянием от одной точки изображения до центра этого изображения в изображении с искажением и расстоянием между теми же двумя точками в изображении без искажения. Положительная круговая деформация называется подушечной деформацией, а отрицательная — бочкообразной деформацией. Два типа деформации показаны на рисунке ниже.
Обычные оптические системы демонстрируют искажения в диапазоне от нескольких процентов до нескольких десятков процентов, что значительно затрудняет измерения.
3. Снижение эффекта перспективы
Было отмечено, что в обычных линзах удаленные объекты кажутся меньше. Как видно на рисунке слева, видна внутренняя часть полого цилиндра, поскольку каждый участок объекта, находящийся дальше от линзы, кажется меньше. Но в телецентрических линзах, которые принимают только лучи света, параллельные оси линзы, создается двумерное соответствие между объектом и изображением, что очень удобно для измерения формы профиля, поскольку одно измерение не отображается.
4. Надлежащая четкость изображения.
Поскольку телецентрическая конструкция линзы совместима с камерами высокого разрешения, эти линзы являются хорошим выбором для задач измерения размеров.
Как откалибровать камеру с помощью программного обеспечения для обработки размеров?
Как уже упоминалось, искажение изображения можно уменьшить за счет улучшения оборудования, кроме того, эти отклонения можно снизить до приемлемого уровня с помощью программной калибровки. Для этого перед камерой размещается специальный шаблон. Этот шаблон с точными размерами определяется в программном обеспечении. Вычисляя разницу между шаблоном по умолчанию и изображением, полученным с его помощью, программное обеспечение находит параметры для компенсации отклонений, чтобы затем применять эти параметры к другим изображениям. Эти параметры можно разделить на две разные категории.
1. Откалибруйте внутренние параметры камеры.
При использовании любых камер и объективов, из-за их внутренней структуры, возникают отклонения в получаемом изображении. Одним из наиболее важных является радиальное искажение. Круговое искажение приводит к изгибанию прямых линий на изображении. Другим отклонением является растяжение изображения в областях, удаленных от центра, которое называется трапециевидным отклонением. Эти отклонения определяются в виде 5-9 параметров в зависимости от используемой методики и могут быть откалиброваны. На рисунке ниже круговое и трапециевидное отклонения показаны справа налево.
2. Откалибруйте параметры внешней камеры.
Внешние параметры камеры включают все параметры, зависящие от положения камеры относительно объекта. Проще говоря, преобразование размеров, полученных из изображения в пикселях, в реальные единицы измерения, такие как миллиметры, требует калибровки внешних параметров камеры.
Применение и преимущества измерения размеров в системах машинного зрения.
Как уже упоминалось, с помощью машинного зрения можно с высокой скоростью измерять различные размеры объектов и определять, находятся ли они в пределах заданного диапазона допусков или нет. Ниже приведены распространенные области применения машинного зрения в измерениях:
- Измерение размеров деталей или изделий.
- Измерение внутреннего или внешнего диаметра
- Измерение округлости или угла наклона металлических деталей.
- Измерьте положение ребер и меток.
- Измерение ширины листовых изделий и тонких слоев.
На рисунке ниже показаны примеры измерения положения кромок и степени закругления.
На изображении ниже с помощью машинного зрения получены различные размеры горлышка бутылки и конденсатора.
Контроль размеров с помощью системы машинного зрения позволяет проверять размеры изделий на 100% в процессе производства. Это обеспечивает стабильность качества продукции. При этом данная система значительно дешевле по сравнению с большинством передовых методов измерения размеров, включая оптические компараторы, системы измерения геометрических допусков и размеров (GD&T) и системы 3D-измерений.
Этот вид контроля, помимо выявления погрешностей размеров изделия, также предоставляет данные о точных размерах различных деталей. Эти данные легко хранить и обрабатывать. Такая информация может быть эффективно использована для устранения ошибок на производственной линии или улучшения процесса.
Основные выводы
- Системы измерения помогают заводам работать эффективнее, обеспечивая точные результаты без непосредственного контакта с деталями. Это снижает количество ошибок и экономит время.
- Системы машинного зрения используют автоматизацию для предотвращения человеческих ошибок. Они обеспечивают стабильное качество и позволяют быстро вносить изменения в процессе производства.
- Системы 3D-зрения позволяют проверять сложные формы. Они очень полезны в автомобильной и авиационной промышленности.
- Использование этих систем позволяет экономить деньги за счет ускорения работы, сокращения отходов и поддержания высокого качества.
- Изучение новых идей, таких как Индустрия 5.0 и промышленный интернет вещей, помогает использовать машинное зрение для принятия более взвешенных решений и оптимизации процессов.
Эти системы также повышают качество контроля за счет автоматизации проверок. Автоматизация сводит к минимуму человеческие ошибки и обеспечивает стабильные результаты. Например, технология структурированного света может сканировать автомобильные панели на наличие вмятин или дефектов, обеспечивая безупречную отделку. Это не только улучшает качество продукции, но и повышает удовлетворенность клиентов.
Кроме того, системы измерения размеров поддерживают долгосрочную производительность благодаря анализу данных. SMART KPI, такие как метрики преобразования данных, превращают необработанные данные контроля в действенные стратегии. Это помогает выявлять тенденции, оптимизировать рабочие процессы и оставаться конкурентоспособными в автомобильной промышленности.
Внедрение этих передовых систем позволяет оптимизировать работу сборочной линии, снизить затраты и поддерживать высокие стандарты точности. Это делает измерение размеров незаменимым инструментом для современного автомобилестроения.
Часто задаваемые вопросы
В чём разница между 2D и 3D системами машинного зрения?
Двумерные системы захватывают плоские изображения для измерения длины и ширины. Трехмерные системы добавляют информацию о глубине, что позволяет проводить объемные измерения и пространственный анализ. Используйте двумерные системы для контроля поверхностей, а трехмерные — для сложных форм или задач, чувствительных к глубине.
Как работают бесконтактные методы измерения?
Бесконтактные методы используют оптические технологии, такие как лазеры и камеры, для измерения размеров без прикосновения к объекту. Эти системы анализируют отраженный свет или проецируемые изображения для расчета размеров, обеспечивая точность и сохраняя хрупкие детали.
Могут ли системы измерения размеров справляться с высокоскоростными производственными линиями?
Да, эти системы превосходно работают в условиях высокой скорости. Линейные сканирующие камеры и автоматизированное программное обеспечение обрабатывают данные в режиме реального времени, позволяя быстро проверять продукцию, не замедляя производство.
Подходят ли системы машинного зрения для обработки мелких компонентов?
Безусловно! Системы машинного зрения, особенно 3D-сканеры, специализируются на проверке микрокомпонентов. Они обнаруживают дефекты и проверяют размеры с высокой точностью, что делает их идеальными для электроники и медицинского оборудования.
Каким образом системы измерения размеров улучшают контроль качества?
Эти системы автоматизируют проверки, снижая количество человеческих ошибок и обеспечивая стабильные результаты. Они предоставляют обратную связь в режиме реального времени, позволяя выявлять дефекты на ранних стадиях и поддерживать высокие стандарты производства.
