接觸式圖像傳感器（CIS）線掃描相機(jī)可提高視覺系統(tǒng)分辨率，以識別汽車玻璃上絲網(wǎng)印刷跡線中的孔、空隙和斷裂等缺陷。
線掃描相機(jī)可提高視覺系統(tǒng)分辨率，可以識別0.25 mm的孔、空隙和斷裂等天窗玻璃絲網(wǎng)印刷中的缺陷。將銀色墨水絲網(wǎng)印刷到汽車天窗玻璃上時(shí)，堵塞或拉伸的屏幕會導(dǎo)致部分?jǐn)嗔?、完全斷裂或跡線變薄。有時(shí)墨水不足或墨水中有氣泡，都可能導(dǎo)致缺陷。
如果汽車天窗玻璃跡線上的缺陷在生產(chǎn)過程中沒有被發(fā)現(xiàn)，則會導(dǎo)致天窗無法運(yùn)行，以及損失時(shí)間和生產(chǎn)成本。此外，由于絲網(wǎng)印刷過程的性質(zhì)，當(dāng)系統(tǒng)開始檢測有缺陷部件時(shí)，制造商知道通常整個(gè)批次可能是有缺陷的。
在產(chǎn)品出廠之前發(fā)現(xiàn)這些缺陷是非常必要的，而對玻璃的精確檢查則是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。機(jī)器視覺系統(tǒng)集成商Performance Automation開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)基于接觸圖像傳感器(CIS)線掃描相機(jī)集成照明和定制軟件來識別潛在的缺陷。
圖1.玻璃從兩個(gè)獨(dú)立的托盤中取出，并通過兩個(gè)Fanuc機(jī)器人放置在傳送帶上，當(dāng)玻璃在傳感器視野中移動(dòng)時(shí)，SICK增量編碼器跟蹤運(yùn)動(dòng)。歐姆龍光電傳感器檢測到玻璃的存在并觸發(fā)三菱線掃描相機(jī)的圖像采集功能。
Performance Automation Vision工程經(jīng)理Lowell Cady解釋說，在以前的系統(tǒng)中，制造商無法檢測到0.25毫米或更小的斷裂，因此可能一整天的生產(chǎn)都無法正常工作。
在系統(tǒng)（圖1）中，CIS線掃描攝像機(jī)將高分辨率圖像提供給執(zhí)行缺陷檢測的專有軟件。三菱單色KD6R926MX相機(jī)以600 dpi拍攝圖像。該攝像機(jī)基于21,888像素線掃描圖像傳感器，掃描速度高達(dá)43 kHz，具有929.6 mm掃描寬度，Camera Link接口，白色LED陣列，以及提供12 mm對齊CIS傳感器芯片的設(shè)計(jì)。
為了設(shè)置檢測過程，操作人員需要在輸送機(jī)上設(shè)置合適的部件，并使用基于網(wǎng)格的菜單系統(tǒng)的人機(jī)界面(HMI)選擇“獲取黃金圖像”命令。這張圖稍后定義了檢查過程。(圖2)。
圖2.要設(shè)置檢查過程，操作員在傳送帶上設(shè)置正確構(gòu)建的部件，并使用帶有基于網(wǎng)格的菜單系統(tǒng)的人機(jī)界面（HMI）選擇“獲取黃金圖像”命令。該圖像稍后定義了檢查過程。
不同厚度的玻璃在檢測線上運(yùn)行，相機(jī)必須距離被檢查表面12毫米。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該團(tuán)隊(duì)安裝了東方馬達(dá)的兩個(gè)緊湊型線性執(zhí)行器。這些線性執(zhí)行器將相機(jī)移動(dòng)1英寸（25毫米），使其保持對焦。操作員選擇要運(yùn)行的玻璃模型，該過程的第一步涉及使用電機(jī)改變攝像機(jī)的高度并將其設(shè)置為正確的焦距。
玻璃從兩個(gè)獨(dú)立的托盤中取出，并由兩個(gè)Fanuc機(jī)器人和一個(gè)SICKDFS60可編程增量編碼器放在傳送帶上用于跟蹤玻璃在傳感器視場中移動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)。反饋用于動(dòng)態(tài)調(diào)整逐行圖像構(gòu)建。根據(jù)Cady的說法，這很重要，因?yàn)閼?yīng)用程序需要使用方形像素來最小化圖像內(nèi)的壓縮或拉伸偽影。
來自歐姆龍的照片檢測玻璃的存在并觸發(fā)圖像采集。玻璃完全在相機(jī)下方傳送（圖3），所獲得的圖像通過National Instruments的Camera Link圖像采集卡傳輸?shù)交赪indows 10的Dell電腦。接下來，利用NI的軟件和NI的視覺采集驅(qū)動(dòng)程序分析圖像數(shù)據(jù)。
圖3.汽車天窗玻璃上的跡線在三菱電機(jī)的線掃描攝像機(jī)視野下通過時(shí)進(jìn)行檢查。
Cady說：由于系統(tǒng)捕獲的單個(gè)圖像最終大小約為250萬像素，因此CPU會按比例縮小圖像，以便加快模式搜索和操作”。
一旦在縮放后的圖像中檢測到玻璃，坐標(biāo)就會被縮放，以顯示用于跟蹤的工具在較大圖像中的位置。對于質(zhì)心和霍夫線檢測，圖像按原尺寸的1/10縮放，對于模式匹配，按原尺寸的1/4縮放。最小缺陷大小取決于缺陷的類型
如果線路中斷，我們可以檢測到3像素寬。如果是氣泡，可以檢測到3 x 3像素的區(qū)域，如果它是線條越來越窄的芯片，系統(tǒng)可以檢測到12像素寬。如果它變得越來越窄，超過4個(gè)像素，那么我們就會發(fā)現(xiàn)它。
自動(dòng)識別軌跡的交點(diǎn)，并且模式匹配算法檢查并屏蔽所識別的交叉點(diǎn)。一些交叉點(diǎn)是90°，其他交叉點(diǎn)是Y形，因此每種類型的交叉點(diǎn)都需要自己的模式匹配。
“之前的版本使用鐵路領(lǐng)帶從外部找到邊緣，但新方法通過模式匹配使路徑居中，然后徑向搜索最靠近模式中心的左右邊緣，”卡迪說。
屏蔽交叉點(diǎn)會產(chǎn)生一系列線段，并使用相同的算法檢查所有線段。
“使用角點(diǎn)將路徑模型與玻璃對齊以創(chuàng)建單應(yīng)矩陣而不是模式匹配方法的測試并不像我想象的那樣最初是健壯的，因此我們使用模式匹配算法，”Cady說。 “但是，我們還沒有準(zhǔn)備好放棄使用特征來創(chuàng)建單應(yīng)矩陣，因?yàn)槲覀兿Ｍ@些路徑都可以從一個(gè)單應(yīng)矩陣轉(zhuǎn)變?！?br />
然而，即使在對它們進(jìn)行預(yù)過濾之后，這些特征也不能產(chǎn)生可靠的結(jié)果。為了改善這一點(diǎn)，通過線的凸包發(fā)現(xiàn)玻璃的質(zhì)心，允許模型移動(dòng)到玻璃位置。
通過用霍夫變換檢測主線來找到模型的旋轉(zhuǎn)。一旦知道位置和旋轉(zhuǎn)，就可以通過模式匹配來提高特征檢查的準(zhǔn)確性。每個(gè)交叉點(diǎn)特征都有自己的模板，該模板是從模型中提取的，模板可以在編輯器中進(jìn)行屏蔽，裁剪和重新居中。模式匹配在PC上以八個(gè)并行循環(huán)運(yùn)行，所有八個(gè)的結(jié)果在5-10毫秒內(nèi)找到。得到的分?jǐn)?shù)非常好 – 超過900，并且路徑使用模式匹配的結(jié)果來更準(zhǔn)確地與玻璃對齊。
根據(jù)卡迪的說法，每塊玻璃的采集時(shí)間約為2秒，檢查時(shí)間約為3秒，每片玻璃的完整周期時(shí)間約為5秒。
圖4.如果軟件檢測到缺陷或異常，操作員通過HMI顯示屏獲得“光”圖形指示器，并且覆蓋標(biāo)記缺陷的位置，允許操作員放大以進(jìn)行進(jìn)一步檢查。紅色表示失敗，黃色表示警告。
如果軟件檢測到缺陷，操作員會在HMI顯示屏上獲得一個(gè)“淺色”圖形指示器，并且覆蓋標(biāo)記缺陷的位置，允許操作員放大進(jìn)一步檢查（圖4）。如果操作員在發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)遠(yuǎn)離系統(tǒng)，則配備有填充真空夾具的第三個(gè)Fanuc機(jī)器人 – 以避免劃傷玻璃 – 移除玻璃并將其放入蓄能器中。通過檢查的玻璃被移入爐中。這是可能的，因?yàn)橄到y(tǒng)的I / O卡向三菱電機(jī)可編程邏輯控制器發(fā)送通過/未通過信號，該控制器控制輸送機(jī)并向機(jī)器人發(fā)出信號以啟動(dòng)每個(gè)操作。
該系統(tǒng)固有的另一個(gè)問題是玻璃經(jīng)常粘在無紋理的表面上，使得機(jī)器人很難將其從傳送帶上取下。為了解決這個(gè)問題，輸送機(jī)表面具有1至2毫米高的手指狀紋理。
“我們無意中碰到了一個(gè)最佳點(diǎn)，因?yàn)橄鄼C(jī)的景深[約1毫米]很淺，所以輸送機(jī)紋理上的任何細(xì)節(jié)都沒有足夠的對比度來影響整體檢測，”卡迪說。
另外，制造商使用滑動(dòng)刻度來對有限量的不同特征進(jìn)行評分，而不是僅僅做出是或否確定。
“例如，如果氣泡低于閾值，這對于質(zhì)量目的而言很重要，操作員可以設(shè)置系統(tǒng)，這樣您就需要在2 mm區(qū)域內(nèi)有大量氣泡才能使其失效。無法改變的一個(gè)特征是，如果在整個(gè)生產(chǎn)線上一直存在裂縫，它每次都會失敗?！?br />
Performance Automation的副總裁兼首席執(zhí)行官Gene Kalhorn說，這種新的檢測系統(tǒng)正在發(fā)現(xiàn)以前看不見的缺陷，并提供數(shù)據(jù)以告知未來的天線跟蹤打印過程以避免故障。
“機(jī)器視覺系統(tǒng)檢測到的缺陷使汽車玻璃制造商能夠看到故障類型的趨勢，并在成為主要問題之前對絲網(wǎng)印刷過程進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖儯盞alhorn說。 “他們還可以使用機(jī)器視覺系統(tǒng)作為一種工具，看看工程修復(fù)是否確實(shí)能夠做出足夠的改變。”
文章來源：機(jī)器視覺網(wǎng)，犀靈機(jī)器人http://整理發(fā)布