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由于人工檢視員缺少客觀可靠的途徑來決定工件缺陷的存在與否，因此對(duì)寬四英尺、周長(zhǎng)八英尺的彈性帶的人工檢查十分困難。總體上來講，工件的缺陷是指比周圍材料顏色更暗或更亮的區(qū)域。位于邁阿密斯堡的Invotec工程處被生產(chǎn)彈性薄膜帶的公司詢問，機(jī)器檢查是否可以用來制定一個(gè)客觀的規(guī)格體系，從而可以多次提供檢查結(jié)果。Invoctec的工程師們同客戶合作，共同研發(fā)了一套規(guī)格體系，同時(shí)考慮到了工件的尺寸、過亮或過暗區(qū)域，以及缺陷同周圍材料的反差。
這一方法與兩臺(tái)Cognex In-Sight 5000系列視覺系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，在16秒內(nèi)完全檢查了一個(gè)薄膜帶。系統(tǒng)在工件的不同區(qū)域截取了幾幅圖像。開始的幾幅圖是用來調(diào)整出適當(dāng)?shù)脑隽浚瑏硌a(bǔ)償薄膜由于在攝影機(jī)前面旋轉(zhuǎn)而造成的可能的工件厚度變化。Invotec的副總裁兼技術(shù)指導(dǎo)—達(dá)瑞爾格雷維特說：“我們?cè)跈C(jī)械可視參數(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)了這套客觀的規(guī)格體系，同時(shí)展示了在此規(guī)格系統(tǒng)上建立的可重復(fù)操作的工件檢查能力，從而實(shí)現(xiàn)了快速的完全檢查。”
確保重要組成部分質(zhì)量的挑戰(zhàn)
由于彈性薄膜是應(yīng)用于醫(yī)療器械，因此嚴(yán)格剔除存在針孔、薄的斑點(diǎn)、內(nèi)含物和嵌入粒子的工件顯得尤為重要。以前，這些缺陷都是由人工檢查的，通過背光處理并將該薄膜夾在兩個(gè)錠中間旋轉(zhuǎn)，然后由檢查員尋找缺陷。
自然地人工視覺意味著如果存在一定的明顯缺陷，每個(gè)檢查員都能檢查得出。然而仍然存在許多小缺陷或細(xì)微變化，一些檢查員認(rèn)為這是一個(gè)缺陷，而另一些檢查員認(rèn)為它不是缺陷。許多檢查員甚至前一天通過了一個(gè)存在微小缺陷的工件，而第二天又將它剔除。
薄膜的生產(chǎn)廠家要求Invotec參與這樣一個(gè)工程，因?yàn)樵摴驹跈C(jī)械視覺應(yīng)用方面有著廣泛的經(jīng)驗(yàn)。Inovtec為客戶提供設(shè)計(jì)裝配、檢測(cè)和試驗(yàn)系統(tǒng)，同時(shí)為許多不同制造業(yè)的制造公司提供工裝、工具和量規(guī)。
Invotec的工程師選取Cognex的Insight視覺系統(tǒng)作為應(yīng)用的開發(fā)平臺(tái)，“Insight視覺系統(tǒng)為開發(fā)一個(gè)強(qiáng)大的視覺應(yīng)用提供了一切所需的條件，而且結(jié)構(gòu)緊湊。”Greywitt說。Insight為讓我們能夠使用廣泛的Cognex視覺工具庫，這些工具幾乎能夠處理任何視覺應(yīng)用。.這些工具是智能的，可以忽略非顯著的表面變化，而關(guān)注于能夠決定工件被接受度的顯著的特征。他們不要求大量的圖像預(yù)處理來達(dá)到最后的解決方案，而是要求視覺工程師更快的應(yīng)用開發(fā)和為公司縮減生命周期損耗。
圖1、放大視覺系統(tǒng)用來檢查彈性薄膜
（薄膜已從圖片中移除）
視覺應(yīng)用的開發(fā)
在原型階段，Invotec的工程師與客戶工程師在數(shù)學(xué)上定義每一類型的缺陷，同時(shí)開發(fā)照明和視覺工具以便持續(xù)識(shí)別缺陷。他們決定需要多項(xiàng)檢查過程來鑒別產(chǎn)品質(zhì)量。“在尋找區(qū)域缺陷，例如內(nèi)含物和薄的斑點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)采用兩個(gè)直方圖來尋找高對(duì)比度的區(qū)域。”Invotec管理工程師Mike Updike說。一個(gè)直方圖用來尋找暗的區(qū)域，另一個(gè)直方圖用來尋找亮的區(qū)域。如果沒有發(fā)現(xiàn)這樣的區(qū)域，我們就確定這片地方?jīng)]有缺陷。如果發(fā)現(xiàn)了一個(gè)高對(duì)比度的區(qū)域，無論是暗點(diǎn)或是亮點(diǎn)，應(yīng)用一個(gè)區(qū)域工具尋找潛在的缺陷。這個(gè)區(qū)域工具用直方圖中的信息更好地識(shí)別了缺陷的尺寸。一旦受檢區(qū)域被區(qū)域工具鎖定后，另外一個(gè)直方圖工具和缺陷檢查工具組就會(huì)被直接應(yīng)用，來檢查潛在的缺陷。后面兩個(gè)工具組的結(jié)果是一個(gè)對(duì)比等級(jí)、缺陷尺寸和缺陷位置。用這三個(gè)值與預(yù)設(shè)的拒絕閾值進(jìn)行比較。
當(dāng)尋找邊緣缺陷的時(shí)候，攝影機(jī)在一個(gè)極小的區(qū)域應(yīng)用十個(gè)與薄膜材料邊緣垂直的邊緣工具，每一個(gè)工具導(dǎo)出一個(gè)邊緣位置的可讀數(shù)值。薄膜材料在攝影機(jī)下穿過的時(shí)候，攝影機(jī)得到了這些讀數(shù)的平均值，來找到邊緣。為了找到邊緣缺陷，每一個(gè)獨(dú)立的讀數(shù)都要與平均值對(duì)比，如果它們比預(yù)置的限制變動(dòng)值還要大，那么該區(qū)域就被定義為缺陷。系統(tǒng)的缺陷變動(dòng)值有對(duì)比限制、亮度、大小限制、亮度、對(duì)比限制，暗度、大小限制，暗度、邊緣方差正極限以及邊緣方差負(fù)極限。
Invotec采用先進(jìn)照明紅色背光來照亮薄膜以便成像。該光線波長(zhǎng)為660納米，光強(qiáng)為0.550mw/cm2，在檢測(cè)過程中提供了薄膜良好的對(duì)比度和著色度。兩個(gè)視覺系統(tǒng)在提供必要的檢測(cè)分辨率的同時(shí)覆蓋了薄膜帶的寬度。第一個(gè)嵌入該設(shè)置的視覺系統(tǒng)是Insight 5403，分辨率為1600*1200像素，這一分辨率使該設(shè)備能夠精確檢測(cè)幾乎百分之六十的薄膜寬度。Invotec增加了一個(gè)Cognex Insight 5603視覺系統(tǒng)來與Insight 5403 組合，以覆蓋薄膜的全部寬度。Insight 5603與Insight 5403有相同的分辨率，但是它的處理器速度幾乎是后者的兩倍。兩臺(tái)Insight 5603已被嵌入同一臺(tái)系統(tǒng)， 以縮短運(yùn)行周期。
圖2、由視覺系統(tǒng)截取的典型的缺陷
在生產(chǎn)環(huán)境中
Invotec開發(fā)出一款手動(dòng)載入和驅(qū)動(dòng)的原型設(shè)備，這是應(yīng)用于生產(chǎn)環(huán)境中的第一步。這臺(tái)設(shè)備用兩條直徑一英尺的小棒固定薄膜，這些小棒的間距讓監(jiān)測(cè)的部分受到較小的張力。前一根小棒是手動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，以便使薄膜對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)， 后面的旋轉(zhuǎn)輪具有相當(dāng)高的旋轉(zhuǎn)摩擦力。在后面的旋轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)之前，可以為輕微伸展的薄膜增加一些伸展力。
圖3、完整的機(jī)械視覺設(shè)備
在使該應(yīng)用完全適應(yīng)產(chǎn)品還面臨巨大的挑戰(zhàn)，即薄膜如何在視覺系統(tǒng)中移動(dòng)并在固定錠上伸展。在薄膜伸展的時(shí)候，視覺感應(yīng)裝置下區(qū)域的薄膜厚度會(huì)發(fā)生改變。Invotec的工程師意識(shí)到，要得到可重復(fù)操作的檢查結(jié)果，補(bǔ)償這一厚度變化很重要。他們通過將攝像機(jī)下的畫面分為三個(gè)與薄膜帶運(yùn)動(dòng)方向平行的附屬區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。
當(dāng)薄膜的一個(gè)部分移動(dòng)到第一次區(qū)域，視覺系統(tǒng)就會(huì)對(duì)該區(qū)域?qū)嵤┮淮螜z查，同時(shí)測(cè)量背景的平均亮度，當(dāng)這一區(qū)域移入下一次區(qū)域，視覺系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)就會(huì)做相應(yīng)調(diào)整以補(bǔ)償背景亮度， 同時(shí)拍下另一幅照片。這幅照片中同樣會(huì)計(jì)算平均亮度，當(dāng)這一區(qū)域在移入下一子區(qū)域時(shí)，輸入數(shù)據(jù)也會(huì)做同樣調(diào)整。結(jié)果是，無論薄膜如何移動(dòng)，或是被伸展，視覺系統(tǒng)都能提供連續(xù)的檢查結(jié)果。
“這一機(jī)械視覺應(yīng)用系統(tǒng)第一次展示了提供客觀規(guī)格和可重復(fù)的彈性薄膜帶檢查的能力。”Greywitt總結(jié)說。“它允許用戶設(shè)定理想的缺陷尺寸限制，同時(shí)可給出重現(xiàn)性極好的檢測(cè)結(jié)果，即使尺寸限制小到0.2平方毫米。這一視覺系統(tǒng)提高了檢查的可持續(xù)性并降低了檢查的費(fèi)用。”
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