利用机器视觉精密测量

人类的视觉是有能力和灵活的，但不能作出快速，精确和重复的测量。在这种情况下，机器视觉系统是最好的选择。有机器视觉基础知识的文章很多，但在这里，我们将注意力集中在如何使用一种精密光学测量的机器视觉系统。

一种精密光学测量的最佳方法是光从背后用准直光测量的部分，这是平行光，如探照灯。这把锋利的部分阴影为远心镜头lens-a仅接受平行光，形成在高分辨率的数码相机的图像。部分的边缘位置，然后测量到一个像素的一小部分，使用高精度的机器视觉算法。

我们将研究如何在现实生活中的情况，并进一步探讨了精密测量必要的机器视觉系统的元素。

专业的工程公司（ESI、北布兰福德，CT）生产数以百万计的小的、高精度的汽车零件。ESI的自定义建立设备组成和检查这些零件缺陷。一个例子是一个机器，检查车用安全带销。这些引脚切断丝，两端倒角和小切口形成一个escomatic螺杆机。销的直径为60密耳（60／1000英寸）。放在一个饲养碗形成引脚，序列化和下降使他们落准直光源和一个高分辨率的相机的远心镜头之间。当他们落在重力的影响下，光传感器检测部分，讲述了一个机器视觉计算机触发从摄像头采集图像。计算机运行机器视觉软件找到部分并确定其在图像中的角度。软件部分则计在多个直径，包括圆周凹槽。

不符合公差的零件将被吹向一个废品箱。缺陷记录并作为帕累托图表帮助ESI改进制造工艺。好的部分落入仓运到ESI的客户。部分以每秒两次的速度处理，主要是由部分所需的时间，以加速由于重力和通过光透镜相机传感器单元。

该检查系统运行24 / 7无人值守。当系统需要更多的部件或服务时，它使用一个无线网络来发送电子邮件和电话接线员，甚至在运营商的家里。操作者使用一个基于机器视觉软件的“顶部”的自定义的视觉基本界面与机器进行交互。

Carmen Ciardiello，副总裁和ESI总经理承认这似乎多了一小部分工作。然而，“我们建造这台机器因为它具有经济意义，因为我们做一年的这1000万个部分，”Ciardiello说。“我们也有风险规避，所以我们要确保零缺陷的部件进入安全带。”

考虑尺寸的金属冲压件条，用于汽车的电触点。这些零件都是冲压形成的，由一个渐进的冲压机和检查，因为他们从新闻界出现。在压断过程中的灾难性的故障，如容易检测。检测零件尺寸的微妙变化，但是，需要一个精心设计的机器视觉系统。这些细微的尺寸变化警告说， 磨损太厉害零件承受不了。

准直，窄带光源照亮的部分从后面投下阴影的部分是由远心镜头的成像和高分辨率的相机。平行光的光线是垂直的部分，给予清晰的阴影。有非常少的“流血”的光周围的部分边缘，所以测量的边缘阴影位置更稳定，光照强度的变化。

阴影（平行投影）采用准直光也减少了部分深度变化对成像部分尺寸的影响。由于部分朝向和远离相机，阴影的部分在准直光束的大小变化不明显。

一个常见的平行光有一个点光源放置在一个放大镜的焦点，一个典型的菲涅耳透镜。一个放大镜的一个焦点点带来的平行光线。该准直光源是相反的：在集中点光源去“背”，通过放大镜和成为准直。

准直光源也可以通过运行在反向光望远镜是在目镜输入出来的物镜准直光束。一些厂商使用短语“远心光为平行光，表示光线平行于光轴，光源是用在与远心镜头组合。

彩色LED通常用作准直的光源。LED的带宽很窄，约25纳米（nm），使成像锐利对焦（远）不引入自干扰的镜头（斑）在相干光源，如激光看到效果。由于LED的波长减小（向蓝色），测量分辨率略有增加，由于衍射的影响降低。这通常是只有一个关注时，使用显微镜来测量尺寸接近光的波长。

一个远心镜头的重要性

远心透镜具有阻止，阻挡光线不平行于透镜的光轴，这是由前到后在透镜和垂直于成像部分的中心的假想线。这补充了平行光的影响进一步降低光“流血”周围部分的边缘和进一步抑制变化的大小与成像部分转移部分深度。

远心镜头也有小的光学畸变，标定和畸变校正更精确。只有平行光的远心镜头接受，从准直光源的有效利用和环境光被拒绝，所以部分图像对比度高。然而，对一个远心镜头视场有限大小的镜头的目的（面对部分的透镜元件）。显微镜和其他低失真透镜的设计也用于精密测量。

 

亚像素测量和相机分辨率

要保守，相机的传感器的像素应不大于所需的测量分辨率的两倍。在这个例子中，视场为1英寸x 1英寸，和一个1600×1200（宽x高）采用4.40-micron像素的像素的摄像头。这给出了一个像素的大小在0.625毫米的部分，一半给约三一零英寸的千分之子像素分辨率，按顾客要求。

如何将一个测量部分边缘位置小于一个像素？作为一个边缘移动在一个像素所测得的像素强度的变化，但不是在任何方式，可以用来确定位置，至少与在大多数机器视觉相机使用的平方像素。

进行亚像素测量，使用预期的强度分布在边缘被押上。假设边缘强度是一个步骤，是模糊的光学成S形曲线，边缘位置信息是“涂”到相邻的像素。

然后，可以恢复在一个像素的边缘位置，通过寻找一个峰值在这个强度曲线的一阶导数，或通过其他的数学方法。这给了1⁄4到1⁄25像素的分辨率，根据图像和部分边缘质量。

更细的亚像素分辨率需要额外的假设的边缘的强度结构，并可能不适合时，测量零件的边缘变化，如由于冲压模具磨损。通过设计成像系统需要½像素分辨率，一个是在亚像素计算能做什么。

摄像机通过千兆因特网将图像发送到计算机上，用专门的硬件对图像进行处理和控制的检查系统。计算机使用软件来测量每一部分的尺寸，并提醒操作员，当这些尺寸的公差。

精密测量需要注意过程中的每一步。这是最好的开始与准直背光给锋利的边缘的阴影和图像与远心镜头和高分辨率的数码相机的边缘。机器视觉软件与精确的亚像素边缘算法，然后用于测量部分尺寸和控制的报告和分类的零件。

 

技术提示

机器视觉系统可用于精密光学测量；精密测量需要注意过程中的每一步。

这是最好的开始与准直背光给锋利的边缘的阴影和图像与远心镜头和高分辨率的数码相机的边缘。

然后用精确的亚像素边缘算法的机器视觉软件用于测量零件的尺寸和控制报告和整理的部分。