機器視覺金屬罐蓋缺陷檢測

2023-02-06 12:21:20 精質視覺

　　在易拉罐罐蓋的整個生產過程中，由于原材料的缺陷、設備的老化、員工的操作不當及其它因素的影響使得罐蓋可能產生多種缺陷，其中常見的缺陷有壓點、劃痕、擦傷、油污、膠圈不勻、無膠、變形等。

　　在金屬罐蓋檢測方面，利用機器視覺智能檢測系統能夠高速、準確的檢測金屬罐蓋壓點、劃痕、擦傷和油污等缺陷，同時可以節省勞動力，降低成本，減少生產周期，提高產品品質，為企業增加效益，具有很強的現實意義。

　　存在的主要問題

　　分析機器視覺技術在相關行業應用中的特點，成功的關鍵在于光源的設計、圖像算法的設計和相應軟件的設計。光源的設計主要依據對象的形狀、顏色信息及現場具體狀況;算法的設計主要分為圖像預處理、圖像增強、區域分割、目標提取、識別或檢測幾個步驟，閩值分割、平滑濾波、邊緣提取是數字圖像處理中常用的算法;系統軟件要以需求分析為前提，進行合理的系統層次設計和界面布局以優化應用效果和提升用戶體驗。

　　目前存存的主要問題：照明光源的設計。照明效果對罐蓋的質量檢測極為重要，環形光照明方向眭較強，對照明的均勻性和處理的準確性產生影響，同時小適用于形狀復雜的罐蓋。圖像的配準。在圖像配準中利用邊緣區域再次劃分小區域搜索的方法對區域定位的精度發速度產生了影響。多區域的劃分。采用單張圖片進行了區域劃分，影響了區域劃分的準確性，對后期多區域檢測產生了不利影響。檢測方法。由于罐蓋表面不同區域的特征差異性較大，采用單一的圖像處理算法不能達到預期的檢測效果，要針對不同區域的特性采用多種檢測算法相結合的方式進行檢測，同時要考慮到算法的魯棒性。

　　缺陷分析

　　不當的機加工操作容易使得蓋面產生變形，扭曲和壓點、劃痕等，機床的漏油會造成蓋面的污染，注膠機的不穩定可能導致注膠不均勻或無膠等，罐蓋在傳送過程中也容易產生擦傷和雜質點等缺陷。

　　金屬罐蓋缺陷檢測系統的設計目標是在自動生產線的最后一步工序之后，對壓點、劃痕、擦傷、雜質點、污漬、油污、膠圈不勻、無膠、變形等缺陷產品進行實時分離剔除，同時不影響合格品的質量和傳輸，檢測速度和精確度具體的技術指標為：對于直徑為110mm的基礎蓋(無加強筋)，檢測速度≥10P/P/S。產品缺陷分辨率為0.1mm。檢測準確率≥98%。

　　硬件方案設計

　　合理檢測系統的設計是以正確分析用戶需求為前提的，工業應用中，機器視覺系統的檢測需求及特點主要有以下幾種：1. 表面特征檢測：如文字標識。應注意區分特征部分是印刷在物體表面還是凹于物體之下。2. 尺寸檢測：如外形尺寸，相對位置，共面度。這些參數的測量應注意輪廓的真實性和突出測量基準。3. 表面質量檢測：如劃痕、凹坑、缺角。這類參數的檢測應注意缺陷的尖銳程度和缺陷的方向，根據方向擺放光源的位置。4. 純凈度檢測：注意包裝材料的透光性，液體的顏色以及雜質的材質。5. 裝配檢測：如裝配位置，缺零件，裝錯零件的檢測。應注意空間位置的分布和補光、消除反光。6. 色差檢測：注意相機的白平衡，并考慮借助濾鏡。

　　一個典型的機器視覺檢測系統主要硬件組成為：光源、鏡頭、相機、圖像處理單元、監視器、通訊、輸入輸出單元等。基于以上需求分析，結合機器視覺檢測系統的具體特點，設計金屬罐蓋缺陷檢測系統的硬件結構如圖所示：

　　照明方案設計

　　照明方案的設計是機器視覺檢測系統的關鍵部分，合理的照明能夠與相機，待檢測物件良好配合形成高對比對度、特征突出的輸入圖像，便于后期的圖像處理，提高檢測效果。針對不同顏色，不同外形的罐蓋進行了不同照明方式的實驗和比較，并對其結果進行了分析。

　　1、直接照明

　　采用直接照明時，對于表面較光滑的物體而言，容易發生鏡面反射，在相機的視野范圍內形成鏡面反射的強光區域和黑暗區域。對于待測罐蓋而言，由于金屬表面容易產生鏡面反射，所以單一角度的照明會使罐蓋圖片的亮度不均勻，不能達到很好的檢測效果。

　　2、穹頂光照明穹

　　頂光照明由于光線由LED發出后經過穹頂的反射以漫反射的方式照射到待測物體的表面，這樣的光照更加均勻，比較適合于光滑的物體表面。當這些多角度的漫射光照射到金屬罐蓋表面時，產生了比直接照射更加均勻的照明效果，但此類照明也有一定缺陷，穹頂的中間位置由于反光較少形成了較暗的區域，正如以上罐蓋的中間部分亮度較低，這樣對罐蓋的整體檢測也產生了一定的影響。

　　同時由于罐蓋表面缺陷種類較多，此類照明并非能夠對所有缺陷都有較明顯的響應(如劃痕和擦傷)。在實際的檢測應用中由于罐蓋可能發生相對于傳送帶垂直方向的位置偏差，這樣會使得中間的暗斑區域在罐蓋圖片中有較大的隨機性，對檢測也造成了不良影響。

　　3、同顏色、不同角度照明

　　如圖所示為同一罐蓋在紅色光高角度和藍色光低角度照射下所體現的不同效果。此罐蓋的主要缺陷有兩種：一是表面的劃痕，二是蓋面的污點。在紅色光高角度照明中，劃痕和污點表現為較暗區域，且特征較為明顯，也可以看出由于LED發光較強，光源小夠均勻，蓋面反射為點狀的亮斑。

　　從此現象可得出，金屬蓋面對紅色光源的反射較為明顯，起到了明場照明的效果。在藍色光低角度照明中，劃痕表現為較亮區域，且特征相比于紅色光照明較為突出，但在藍色光照明的罐蓋表面井未出現點狀的亮斑，且污點的表現相對于紅光而言并不明顯。從此現象可以得出，金屬表面對藍色光源的反射較弱，但類似于劃痕的表面損傷區域反射較強，起到了暗場照明的效果。

　　4、明暗場結合照明

　　采用明暗場相結合的照明方式能夠同時突出罐蓋的暗色缺陷區域和亮色缺陷區域，經試驗證明，此種照明方式對加強筋結構的罐蓋有良好的照明效果。但由于采用彩色照明，相機必須選用彩色相機，并在處理中提取出彩色圖片RGB三顏色分量，這樣就會對系統成本和處理時間造成一定影響。

　　綜合以上分析，針對帶有加強筋結構的罐蓋可采用明場紅色穹頂光源和暗場藍色環形光源相結合的照明方式進行照明，對于基礎蓋則可采用平面單色光漫射照明。