Apa itu Penglihatan Mesin?

Penglihatan mesin menggunakan mesin untuk menggantikan mata manusia dalam pengukuran dan pertimbangan. Sistem penglihatan mesin menggunakan produk penglihatan mesin (iaitu, peranti penangkapan imej, tersedia dalam CMOS dan CCD) untuk menukar objek yang ditangkap kepada isyarat imej. Isyarat ini kemudiannya dihantar ke sistem pemprosesan imej khusus, yang menukarnya kepada isyarat digital berdasarkan pengedaran piksel, kecerahan, warna dan maklumat lain. Sistem imej kemudian melakukan pelbagai operasi pada isyarat ini untuk mengekstrak ciri sasaran dan, berdasarkan maklumat yang terhasil, mengawal operasi peralatan di tapak.

Komponen Sistem Penglihatan:

1. Sumber Pencahayaan

2. Kanta

3. Kamera Industri

4. Kad Tangkapan/Pemprosesan Imej

5. Sistem Pemprosesan Imej

6. Peranti Luaran Lain

I. Kamera

Kamera industri, juga dikenali sebagai kamera video, menawarkan kestabilan imej yang unggul, kelajuan penghantaran yang tinggi dan imuniti gangguan yang tinggi berbanding dengan kamera pengguna tradisional. Pada masa ini, kebanyakan kamera industri di pasaran adalah berdasarkan cip CCD (Charge Coupled Device) atau CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

Daripada jumlah ini, CCD ialah penderia imej yang paling biasa digunakan dalam penglihatan mesin. Ia menyepadukan penukaran fotoelektrik, penyimpanan caj, pemindahan caj dan bacaan isyarat, menjadikannya peranti pengimejan keadaan pepejal biasa.

Ciri membezakan CCD ialah ia menggunakan cas sebagai isyaratnya, tidak seperti peranti lain yang menggunakan arus atau voltan sebagai isyaratnya. Peranti pengimejan jenis ini membentuk paket cas melalui penukaran fotoelektrik, yang kemudiannya dipindahkan dan dikuatkan oleh nadi pemacu untuk mengeluarkan isyarat imej.

Kamera CCD biasa terdiri daripada kanta optik, penjana isyarat pemasaan dan penyegerakan, pemacu menegak dan litar pemprosesan isyarat analog/digital. Sebagai peranti berfungsi, CCD menawarkan kelebihan berbanding tiub vakum, seperti tiada burn-in, tiada lag, operasi voltan rendah dan penggunaan kuasa yang rendah.

Perkembangan penderia imej CMOS pertama kali muncul pada awal 1970-an. Dengan kemajuan teknologi pembuatan litar bersepadu berskala besar (VLSI) pada awal 1990-an, penderia imej CMOS mengalami pertumbuhan pesat.

Penderia imej CMOS menyepadukan tatasusunan elemen fotosensitif, penguat isyarat imej, litar bacaan isyarat, litar penukaran analog-ke-digital, pemproses isyarat imej dan pengawal pada satu cip. Mereka juga menawarkan kelebihan akses rawak boleh atur cara kepada piksel tempatan. Pada masa ini, penderia imej CMOS digunakan secara meluas dalam aplikasi resolusi tinggi dan berkelajuan tinggi kerana penyepaduan yang sangat baik, penggunaan kuasa yang rendah, penghantaran berkelajuan tinggi dan julat dinamik yang luas.

Klasifikasi:

Semuanya mempunyai piawaian klasifikasinya sendiri, dan kamera industri tidak terkecuali.

Berdasarkan jenis cip, mereka boleh dibahagikan kepada kamera CCD dan kamera CMOS;

Berdasarkan ciri-ciri struktur sensor, ia boleh dibahagikan kepada kamera imbasan talian dan kamera imbasan kawasan;

Berdasarkan kaedah pengimbasan, ia boleh dibahagikan kepada kamera imbasan berjalin dan kamera imbasan progresif;

Berdasarkan resolusi, mereka boleh dibahagikan kepada kamera resolusi standard dan kamera resolusi tinggi;

Berdasarkan kaedah isyarat keluaran, mereka boleh dibahagikan kepada kamera analog dan kamera digital;

Berdasarkan warna output, mereka boleh dibahagikan kepada kamera monokrom (hitam dan putih) dan kamera warna;

Berdasarkan kelajuan isyarat output, mereka boleh dibahagikan kepada kamera kelajuan standard dan kamera berkelajuan tinggi;

Berdasarkan julat frekuensi tindak balas, mereka boleh dibahagikan kepada kamera cahaya nampak (standard), kamera inframerah, dan kamera ultraviolet, antara lain.

Perbezaan:

1. Prestasi yang stabil dan boleh dipercayai serta pemasangan yang mudah. Struktur kamera padat dan tahan lama, tidak mudah rosak, dan mempunyai masa operasi berterusan yang panjang dan boleh digunakan dalam persekitaran yang keras. Kamera digital biasa tidak boleh mencapai ini. Sebagai contoh, kamera digital pengguna pasti akan bergelut jika ia beroperasi 24 jam sehari atau selama beberapa hari berturut-turut.

2. Kelajuan pengatupnya sangat pendek, membolehkannya menangkap gerakan berkelajuan tinggi. Contohnya, jika anda melampirkan kad perniagaan pada bilah kipas elektrik yang berputar pada kelajuan maksimum, tetapkan kelajuan pengatup yang sesuai dan menangkap imej dengan kamera industri, anda masih dapat membezakan fon pada kad dengan jelas. Tidak mustahil untuk mencapai kesan yang sama dengan kamera biasa.

3. Penderia imej menggunakan pengimbasan progresif, manakala kamera biasa menggunakan pengimbasan berjalin. Proses pengeluaran untuk penderia imej pengimbasan progresif adalah rumit, menghasilkan hasil yang rendah dan volum penghantaran yang rendah. Hanya beberapa syarikat di seluruh dunia, seperti Dalsa dan Sony, boleh menawarkan produk sedemikian, dan ia mahal.

4. Kadar bingkainya jauh lebih tinggi daripada kamera biasa. Kamera industri boleh menangkap sepuluh hingga beberapa ratus bingkai sesaat, manakala kamera biasa hanya boleh menangkap dua atau tiga bingkai sesaat—perbezaan yang ketara.

5. Output adalah data mentah, selalunya dengan julat spektrum yang lebih luas, menjadikannya sesuai untuk algoritma pemprosesan imej berkualiti tinggi, seperti yang digunakan dalam aplikasi penglihatan mesin. Imej yang ditangkap oleh kamera biasa mempunyai julat spektrum yang sesuai hanya untuk penglihatan manusia dan dimampatkan menggunakan MJPEG, menghasilkan kualiti imej yang lemah dan analisis dan pemprosesan yang lemah.

6. Ia lebih mahal daripada kamera standard (DSC).

Cara Memilih:

1. Pilih kamera CCD atau CMOS bergantung pada aplikasi. Kamera industri CCD digunakan terutamanya untuk pengekstrakan imej objek bergerak, seperti dalam penglihatan mesin untuk mesin penempatan. Walau bagaimanapun, dengan kemajuan teknologi CMOS, banyak mesin penempatan juga menggunakan kamera industri CMOS. Kamera industri CCD biasanya digunakan dalam penyelesaian atau industri pemeriksaan visual automatik. Kamera industri CMOS semakin popular kerana kos rendah dan penggunaan kuasanya.

2. Apabila memilih resolusi, pertimbangkan dahulu ketepatan objek yang akan diperhatikan atau diukur. Pilih resolusi berdasarkan ketepatan ini. Ketepatan piksel kamera = medan pandangan satu arah / resolusi satu arah kamera. Oleh itu, resolusi satu arah kamera = medan pandangan satu arah / ketepatan teori. Jika medan pandangan adalah 5mm panjang dan ketepatan teori ialah 0.02mm, maka resolusi satu arah = 5 / 0.02 = 250. Walau bagaimanapun, untuk meningkatkan kestabilan sistem, satu piksel tidak digunakan untuk sepadan dengan nilai ketepatan pengukuran/pemerhatian tunggal. Secara amnya, pembesaran 4 atau lebih tinggi dipilih. Oleh itu, kamera memerlukan resolusi paksi tunggal 1000, jadi 1.3 juta piksel adalah mencukupi.

Seterusnya, pertimbangkan output kamera industri. Untuk pemerhatian stereoskopik atau analisis dan pengecaman perisian mesin, resolusi tinggi berguna. Untuk output VGA atau USB, pemerhatian pada monitor bergantung pada resolusi monitor. Malah kamera industri resolusi tinggi tidak berguna jika resolusi monitor tidak mencukupi. Peleraian tinggi juga berguna untuk menggunakan kad memori atau mengambil foto.

3. Padanan Lensa: Saiz cip sensor mestilah lebih kecil daripada atau sama dengan saiz kanta, dan pelekap C atau CS juga mesti serasi (atau penyesuai boleh ditambah).

4. Pemilihan Kadar Bingkai Kamera: Apabila mengukur objek dengan gerakan, pilih kamera industri dengan kadar bingkai yang tinggi. Walau bagaimanapun, secara amnya, semakin tinggi resolusi, semakin rendah kadar bingkai.

II. Lensa

Pengetahuan Asas:

1. Padanan Lensa

Bagaimana anda memilih kanta yang betul? Apabila memilih lensa, anda perlu memilih satu yang sepadan dengan antara muka kamera dan saiz CCD. Kanta dengan pelekap C dan CS adalah yang paling biasa. Kamera CS-mount kecil untuk keselamatan semakin popular, manakala industri FA terutamanya menggunakan kamera C-mount dan kombinasi lensa. Saiz CCD yang sepadan di pasaran biasanya berkisar antara 2/3 inci hingga 1/3 inci, bergantung pada aplikasi.

2. Kebolehtukaran

Kanta C-mount boleh digunakan secara bergantian dengan kedua-dua kamera C-mount dan CS-mount; Kanta CS-mount tidak boleh digunakan dengan kamera C-mount, hanya dengan kamera CS-mount.

3. Vignetting

Apabila kamera menggunakan lensa dengan CCD kecil, kawasan sekeliling yang tidak ditangkap oleh imej kelihatan hitam, keadaan yang dikenali sebagai kerare.

4. Fungsi Kanta:

Reka bentuk kanta melibatkan pengisaran pelbagai bahan dengan indeks biasan yang berbeza ke dalam permukaan melengkung berketepatan tinggi dan menggabungkan bahan ini. Prinsip asasnya ialah teknik yang biasa digunakan sejak zaman Galileo. Untuk mencapai imej yang lebih jelas, bahan baharu dan kanta asfera sedang dikaji dan dibangunkan.

3. Sumber Cahaya

Sumber cahaya LED, lampu halogen (sumber cahaya gentian optik), dan lampu pendarfluor frekuensi tinggi. Sumber cahaya LED pada masa ini adalah yang paling biasa digunakan, menawarkan ciri utama berikut:

Ia boleh dihasilkan dalam pelbagai bentuk, saiz, dan sudut pencahayaan;

Mereka boleh dihasilkan dalam pelbagai warna mengikut keperluan, dan kecerahan boleh dilaraskan pada bila-bila masa;

Peranti pelesapan haba menyediakan pelesapan haba yang lebih baik dan kecerahan yang lebih stabil;

Mereka mempunyai hayat perkhidmatan yang panjang;

Mereka bertindak balas dengan cepat, mencapai kecerahan maksimum dalam 10 mikrosaat atau kurang;

Bekalan kuasa mempunyai pencetus luaran, membenarkan kawalan komputer, permulaan pantas, dan boleh digunakan sebagai lampu strob;

LED menawarkan kos operasi yang rendah dan jangka hayat yang panjang, menawarkan kelebihan yang ketara dari segi kos dan prestasi keseluruhan;

Reka bentuk tersuai boleh disesuaikan dengan keperluan pelanggan.

Sumber cahaya LED secara amnya boleh dikategorikan mengikut bentuk:

1. Sumber Cahaya Cincin: Sumber cahaya cincin menawarkan sudut pencahayaan dan kombinasi warna yang berbeza, meningkatkan butiran tiga dimensi objek. Ia juga menampilkan tatasusunan LED berketumpatan tinggi untuk kecerahan tinggi, pelbagai reka bentuk padat dan pemasangan penjimatan ruang. Mereka juga menangani isu bayangan pepenjuru. Penyebar pilihan memberikan pengedaran cahaya yang sekata. Aplikasi termasuk pemeriksaan substrat PCB, pemeriksaan komponen IC, pencahayaan mikroskop, penentukuran LCD, pemeriksaan bekas plastik, dan pemeriksaan percetakan litar bersepadu. 2. Lampu latar menggunakan tatasusunan LED berketumpatan tinggi untuk menyediakan lampu latar berintensiti tinggi, menyerlahkan kontur dan ciri objek, menjadikannya amat sesuai digunakan sebagai pentas mikroskop. Lampu latar merah dan putih dwi guna, serta lampu latar merah dan biru pelbagai guna, boleh dikonfigurasikan untuk menghasilkan warna yang berbeza untuk memenuhi keperluan pelbagai warna objek ujian yang berbeza. Aplikasi termasuk: ukuran dimensi bahagian mekanikal, pemeriksaan penampilan komponen elektronik dan IC, pengesanan kotoran filem, dan pengesanan calar objek lutsinar.

3. Sumber Cahaya Bar: Sumber cahaya bar ialah sumber cahaya pilihan untuk struktur persegi yang lebih besar. Warna boleh digabungkan dan dipadankan secara bebas untuk memenuhi keperluan khusus, dan sudut pencahayaan dan pemasangan boleh dilaraskan. Aplikasi termasuk: pemeriksaan permukaan logam, pengimbasan imej, pengesanan retak permukaan dan pemeriksaan panel LCD.

4. Sumber Cahaya Sepaksi: Sumber cahaya sepaksi menghilangkan bayang-bayang yang disebabkan oleh ketidaksamaan permukaan, dengan itu mengurangkan gangguan. Sesetengah menggunakan reka bentuk pemisah rasuk untuk meminimumkan kehilangan cahaya, meningkatkan kejelasan imej dan memberikan pencahayaan seragam pada permukaan. Aplikasi: Siri sumber cahaya ini sesuai untuk pemeriksaan calar pada permukaan yang sangat reflektif seperti logam, kaca, filem dan wafer; pengesanan pecah wafer cip dan silikon; menandakan lokasi; dan pengecaman kod bar pakej.

5. Sumber cahaya khusus AOI: Pencahayaan tiga warna pada sudut berbeza menyerlahkan maklumat tiga dimensi pateri. Penyebar memandu cahaya untuk mengurangkan pantulan. Gabungan sudut yang berbeza tersedia. Aplikasi: Digunakan untuk pemeriksaan pateri pada papan litar.

6. Sumber cahaya penyepaduan sfera: Permukaan dalaman sfera hemisfera dengan kesan penyepaduan sama rata memantulkan cahaya yang dipancarkan dari bahagian bawah 360 darjah, memastikan pencahayaan seragam merentasi keseluruhan imej. Aplikasi: Sesuai untuk memeriksa permukaan melengkung, tidak rata dan melengkung, serta permukaan logam dan kaca yang sangat memantulkan cahaya.

7. Sumber cahaya linear: Kecerahan ultra tinggi, menggunakan kanta silinder untuk memfokuskan cahaya, menjadikannya sesuai untuk pemeriksaan berterusan dalam pelbagai barisan pemasangan. Aplikasi: Didedikasikan untuk pencahayaan kamera tatasusunan dan AOI. 8. Sumber cahaya titik LED berkuasa tinggi, saiz padat dan keamatan bercahaya tinggi. Ia adalah alternatif kepada lampu halogen gentian optik, terutamanya sesuai sebagai sumber cahaya sepaksi untuk kanta. Pelesapan haba yang cekap memanjangkan jangka hayat sumber cahaya dengan ketara. Aplikasi: Sesuai untuk digunakan dengan kanta telesentrik, pemeriksaan cip, lokasi tanda, dan penjajaran substrat kaca wafer dan LCD.

9. Sumber Cahaya Bar Gabungan: Pengagihan cahaya bar empat sisi, masing-masing dengan pencahayaan boleh dikawal bebas. Sudut pencahayaan yang diperlukan boleh dilaraskan untuk disesuaikan dengan objek yang diuji, menawarkan pelbagai aplikasi. Aplikasi termasuk pemeriksaan substrat CB, pemeriksaan komponen IC, pemeriksaan pateri, lokasi tanda, pencahayaan mikroskop, pencahayaan kod bar pakej, dan pencahayaan objek sfera.

10. Sumber Cahaya Penjajaran: Penjajaran pantas, medan pandangan yang luas, ketepatan tinggi, saiz padat untuk pemeriksaan dan penyepaduan yang mudah, kecerahan tinggi dan sumber cahaya cincin tambahan pilihan. Aplikasi: Sumber cahaya siri VA direka khusus untuk penjajaran dalam pencetak papan litar automatik sepenuhnya. 4. Pemilihan sumber cahaya

1. Maklumat prasyarat

(1) Kandungan pemeriksaan: Pemeriksaan rupa, OCR, ukuran dimensi, kedudukan

(2) Objek

Apa yang anda mahu lihat? (Benda asing, calar, kecacatan, tanda, bentuk, dll.)

Keadaan permukaan (cermin, permukaan kasar, permukaan melengkung, permukaan rata)

tiga dimensi? Permukaan rata?

Bahan, warna permukaan

Medan pandangan?

Dinamik atau statik (kelajuan pengatup kamera)

(3) Sekatan

Jarak kerja (jarak dari bahagian bawah kanta ke permukaan objek yang diukur)

Menetapkan keadaan (saiz pencahayaan, jarak dari bahagian bawah pencahayaan ke permukaan objek yang diukur, reflektif atau transmissive)

Persekitaran ambien (suhu, cahaya sesat luaran)

Jenis kamera: tatasusunan kawasan atau tatasusunan linear

2. Pengetahuan awal yang mudah:

(1) Oleh kerana bahan dan ketebalan yang berbeza, ciri penghantaran cahaya (ketelusan) berbeza-beza. (2) Keupayaan cahaya untuk menembusi bahan (transmitansi) berbeza-beza mengikut panjang panjang gelombangnya. (3) Semakin panjang gelombang cahaya, semakin kuat keupayaannya untuk menembusi bahan. Semakin pendek panjang gelombang cahaya, semakin besar kadar resapannya pada permukaan bahan. (4) Pencahayaan yang dihantar ialah kaedah menghantar cahaya melalui objek dan memerhatikan cahaya yang dihantar.

3. Sumber cahaya:

Sumber cahaya yang stabil dan seragam adalah amat penting

Tujuan: Untuk membezakan objek yang diuji dari latar belakang sejelas mungkin

Apabila menangkap imej, perkara yang paling penting ialah cara mendapatkan dengan jelas: perbezaan cahaya dan gelap antara objek yang diuji dan latar belakang

Pada masa ini, kaedah teknikal yang paling banyak digunakan dalam bidang pemprosesan imej ialah: pemprosesan binarisasi (putih dan hitam). Untuk menyerlahkan titik ciri dan imej ciri, kaedah pencahayaan yang biasa digunakan termasuk medan terang dan medan gelap.

Medan terang: Gunakan cahaya langsung untuk memerhati keseluruhan objek (cahaya bertaburan kelihatan hitam)

Medan gelap: Gunakan cahaya bertaburan untuk memerhati keseluruhan objek (cahaya langsung kelihatan putih) Kaedah khusus pemilihan sumber cahaya masih bergantung pada pengalaman praktikal dalam eksperimen.