機器視覺在自動光學檢測系統中的應用

楊剛

(成都金大立科技有限公司， 四川 成都 611930）

0 引言

隨著經濟水平的不斷發展，工業水平和人們生活水平的不斷提高，產品的性能和質量要求有了進一步提高，在產品精度、穩定性和危險性上有了很大的改變，使用傳統的工廠產品加工方式，生產效率低下，很多產品不能進行有效處理，因此自動化基礎的應用具有非常重要的意義。通過使用設備的自動化生產取代人工生產過程，在提高生產要素的同時，也提高了產品的質量，保障了生產人員的安全。

為了進一步加大生產過程中機器視覺自動化生產的應用程度，本文就在自動光學檢測系統中應用機器視覺技術所具有的較大的技術優勢及相關問題，進行探討分析。

1 自動化光學檢測中應用機器視覺可以減小測量誤差

自動光學檢測技術在提高生產效率上具有積極的作用，同時在提高生產質量方面也具有積極的意義。自動化光學檢測技術通過高速化的處理，減少人工操作過程中存在的不可避免的誤差，從而實現工件量測質量的提高。

人眼的視覺過程可以簡單地理解為，可見光通過反射面發射，經過水晶體，映入視網膜，然后和視網膜相連接的視覺神經將信號傳給大腦，控制雙手完成加工。機器視覺在自動化光學檢測中的應用，將可見光或是不可見光反射之后，通過鏡頭映到CCD上，通過影像處理器提取影像，然后通過傳統系統將圖像傳送到計算機上的圖像處理軟件進行分析研究，然后使用相關的軟件如Motion對驅動設備進行控制，控制機器進行自動化處理加工。機器視覺不但能夠實現可見光的映射，還能實現不可見光的應用，能夠完成具有特殊工件外觀的要求。

2 自動化光學檢測中應用機器視覺可以提高檢測速度

在機器視覺的應用范圍上可以從CCD的來源觸發信號的比較和高速動態影像截取系統上展開，比如生產過程中一些重要的工序和操作上，可以使用歸納機器視覺系統，如在工件的瑕疵檢驗上，在加工角度的機器視覺測量上等。在自動光學檢測系統中應用機器視覺，可以縮短檢測的輔助視覺，從而提高系統的檢測速度。

3 機器視覺在自動化光學檢測中的應用可以優化檢測算法

在自動光學檢測系統中，圖像處理算法直接關系到系統的可靠性及技術速度，應用機器視覺技術可以簡化圖像處理的坐標體系，從而使圖像處理算法得到優化，提高了系統運行的可靠性。

4 使用多元光源部署，提高機器視覺的應用價值

在生產過程中應用機器視覺，如何做好打光和光源的部署是重點工作。在機器視覺應用的眾多工作中打光是最為困難的，需要操作人員具有豐富的工作經驗。到目前位置，打光的整個過程還沒有固定的方法和程序，要想做好機器視覺效果的調整和光源的校準工作，應該在設備運行之前通過增加補光設備的方法進行設備的調試。同時應該根據具體情況具體對待，對于特定場合，光源的選擇應該根據物品的特性，并通過架設經驗，減少優化系統過程中使用的時間。

之所以對物件進行打光，原因主要為以下幾個方面：首先，更加突出物品的個體特征，形成鮮明的對比，通過對打光強化的前景和背景進行作用，增加影像分析過程的精確度；其次，優化攝影和影像畫面截取的噪訊比；再次，放大甚至是固定移動物體的運動過程，或者是影響物體表面的反射過程。

5 影響機器視覺在自動化光學檢測應用的因素分析

5.1 光源

在影響機器視覺系統輸入的眾多因素中，光源因素是最為重要的，在進行機器視覺系統輸入的分析過程中，光源是需要首先進行考慮的因素。光源選擇的有效性將在很大程度上影響輸入數據的質量和機器視覺在自動化光學檢測系統應用的有效性。所以應該根據具體情況和具體應用實例的特征，選擇最佳的照明裝置作為光源，從而實現最理想的應用效果。目前使用較多且效果較為理想的是LED單色光，我公司生產的PCB自動光學檢測系統上，使用的是LED紅色光。

照明系統目前的分類方法很多，一般根據照射方法的不同可以分為前向照明、北向照明、結構照明和頻閃光照明等。前向照明主要應用在攝像機位于待測物體的同一側面，為了便于安裝使用該種照明方式；背向照明在攝像機和光源之間放置待測量物體，從而能夠獲得具有較高對比度的圖像；結構照明使用的是把光柵透射到被測物體上，三維信息通過對被測物體產生的畸變中確定；頻閃光照明是通過在物體上照射具有較高頻率的光脈，滿足照相機拍攝要求和光源的同步。

在光源設備的選擇上應該滿足照明強度、均勻度，同時幾何形狀和發光的光譜特性也應該符合基本的設計要求。

5.2 攝像機及光學鏡頭

機器視覺在自動化光學檢測系統中的應用效果在很大程度上受到攝像機和光學鏡頭的影響，光學鏡頭就像人眼睛的晶狀體，在機器視覺中占有非常重要的地位。通常，根據鏡頭成像差的大小來衡量成像差的好壞。根據焦距可以將光學鏡頭分為定焦鏡頭和變焦鏡頭，一般情況下定焦鏡頭的像差小于變焦鏡頭的像差，之所以會出現這種情況，是因為變焦鏡頭需要進行折中考慮，為了保障成像的質量，在變焦的范圍內不能出現焦距很差的現象。因此，機器視覺在自動化光學檢測的應用中應該首先考慮定焦鏡頭，同時應該根據圖像需要的放大倍率、視角大小等因素來具體選擇定焦鏡頭。而攝像機的像素太低會降低視覺系統的工作性能，太高則會加大生產成本，從使用效果來看，100萬左右像素的攝像機較為理想。

6 結語

目前，機器視覺在我國自動化光學檢測技術中已經得到較為廣泛的應用，并且取得了不錯的成效，但是因為該方面起步較晚，應用過程中仍然存在很多問題，因此需要加大研究力度，不斷提高機器視覺在自動化光學檢測系統中應用的水平。我公司已將機器視覺技術應用于PCB自動光學檢測系統上，使該系統的工作性能得到了較大提高。

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