資料介紹
作為尺寸測量的視覺系統,核心的指標就是系統的精度,而在大多數情況下,精度的調試和驗證過程也正是最耗時間和人力的。可以說,掌握正確的調試和驗證方法直接關系到項目的成敗。
在統計學中,有多種用以評價測量系統的指標(參閱《測量系統分析》)。在本文中,選取“重復性”和“準確性”用以評價。
重復性最大差值(簡稱“重復性”):選取5只產品,用視覺系統各測10次;計算每只產品的最大測量值和最小測量值間的差值,然后取所有差值中的最大值。
準確性最大差值(簡稱“準確性”,又稱“偏倚”):選取10只產品,用視覺系統各測5次,計算各次的平均值,再用三次元顯微鏡等工具也各測5次,計算各次的平均值;最后計算兩個值間差值的絕對值,取其中的最大值。
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重復性=Max (Max單產品-Min單產品)
準確性=Max ( |Average單產品視覺-Average單產品三次元| )
值得注意的是,為了保證取得數據客觀真實,視覺系統和三次元測量時都應該重新取放產品。
明確了評價的指標和方法,下面我們談談影響視覺系統精度的因素有哪些。
A. 鏡頭光軸的方向角(Z軸)
二維視覺檢測系統測量的是二維尺寸,三維空間圖像沿著鏡頭光軸方向投影到CCD靶面,然后用軟件分析CCD不同位置的像素灰度達到測量的目的。如果光軸的方向角與預期的有差異,空間圖像就不能得到一個正確的投影,從而造成錯誤的結果。通常的處理方法是設計校準基準塊以協助確認,用機械的方法調整Z軸方向角。請參閱“中心pin測試機改善報告”第6、7頁。
B. 視覺邊界和真實邊界間的差異
測量通常都是要求計算產品的某個機械邊界的位置度,而視覺系統的軟件分析是基于灰度邊界的,倘若灰度邊界和機械邊界不重合,測量的誤差將會產生。機器視覺照明的主要課題正是要使灰度邊界清晰穩定,而且與機械邊界重合;對于某些機械邊界不銳利、有倒角、圓弧過渡形式的產品,照明方案尤其需要仔細斟酌,確保成像的“飽滿”。請參閱“中心pin測試機問題分析”第5、6頁。另一點需要提醒的是,“飽滿”一般是通過使用合理的照射角度、而非照射強度實現;事實上,過度曝光通常是應該避免的,因為CCD的物理單元接受的光強過大時,相鄰的物理單元灰度會受到影響,從而影響檢測邊緣的真實性。
C. 測量的位置和幾何算法(廣義)
要保證測量的重復性,必須保證每次測量的是同一位置。這需要我們仔細分析產品的尺寸特點,設計合適的機械夾具定位產品,選取正確的軟件定位工具,以達到上述目的。
要保證測量的準確性,我們必須確認視覺和三次元使用同樣的幾何算法。在實際操作中,我們會在視覺系統和三次元上使用同一個產品夾具,同樣的調整水平的方式,使用同樣的測量方法,如點到線的距離、絕對高度等。
D. 產品放置的穩定性
產品在反復取放的測量過程中,如果放置的X、Y、Z方向位置出現偏差,可能影響上文所提及的三個因素,進而對系統的重復性產生影響。倘若測量的是絕對尺寸,放置的穩定性對幾何算法的影響就更為直接和致命。
相對尺寸:產品自身的某兩個位置的相對位置尺寸。
絕對尺寸:產品緊靠在某個機械基準,然后測量產品某個位置在相對相機的
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