ccs工业镜头 机器视觉检测设备组成要素

机器视觉检测设备组成要素

机器视觉检测设备是一种先进的自动化检测技术工具，它利用光学、图像处理和计算机硬件及软件技术模拟并扩展人类的视觉功能，以实现对产品或目标物体进行自动化的尺寸测量、缺陷检测、表面质量评估、颜色识别、形状匹配以及位置判断等功能。这种设备通常包含以下核心组件：

采用CCD（电荷耦合器件）或CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器将光学图像转换为电子信号。

用于捕获被检测对象的图像。

Moritex工业镜头

3.照明系统：

确保拍摄到的图像具有良好的对比度和亮度，以便于后续图像处理。

CCS光源

工业用光源

4.图像采集卡：

负责接收和传输相机输出的图像数据，并将其快速传送到计算机中。

dalsa图像采集卡

5.软件处理系统：

基于复杂的算法对采集的图像进行分析，提取特征信息，并据此做出决策。

机器视觉检测设备广泛应用于制造业的质量控制环节，如半导体、电子、汽车、包装、食品饮料等行业，有助于提高生产效率、降低人工误差，实现精确且高效的自动化生产过程。

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新型镜头 新型镜头为玻璃瓶检测带来新方案

无论采用玻璃吹制还是模塑工艺，为食品和制药行业生产玻璃瓶的制造商，必须要保证其所交付的产品没有缺陷。事实上，在这些玻璃瓶被装上物品之前，必须仔细检查玻璃瓶的瓶口边缘、瓶壁或瓶底上是否存在裂纹之类缺陷。此外，检查时还应考虑瓶子中是否存在玻璃碎片或异物，以及是否已经形成合适的螺纹和螺纹密封剂。

为了在每分钟生产120个玻璃瓶的高速生产线上完成上述检测目标，一项艰巨的任务是需要利用复杂的机器视觉系统，并且需要使用新颖的镜头技术。当Integro Technologies公司为一家领先的玻璃容器制造商开发这样的系统时，他们需要建立一套系统，这套系统能够检测各种不同尺寸的玻璃瓶是否存在上述缺陷。

开发该系统的主要挑战是：检测玻璃瓶是否缺少螺纹或存在裂纹，以及检测瓶子内壁是否存在裂纹、污垢和异物。

为了完成这项任务，Integro Technologies公司使用两台相机构建了一套机器视觉系统，其可以自动配置，以满足该玻璃瓶制造商不同类型和不同风格的产品的检测需求（见图1）。由于产品是从客户的生产线上自动分离出来的，因此无需在检测系统中执行产品分离任务。

图1：Integro Technologies公司使用两台相机构建了一套机器视觉系统，其可以自动配置，以满足不同尺寸的玻璃瓶检测需求。

螺纹检测

为了检测玻璃瓶的螺纹和内壁，需要执行两项综合检测任务。当玻璃瓶从制造生产线上流出后，首先将它们冷却并分开。当玻璃瓶接近第一个检测站时，光电传感器将触发来自Gardasoft Vision公司的LED控制器。随后，该LED控制器点亮CCS America公司的红光LED照明光源，红光LED放置在传送带下方，为玻璃瓶提供背光照明。同时，Gardasoft的LED控制器还用于触发一台Cognex的智能相机，该智能相机与主机PC连接（见图2）。

图2：在系统设计中，使用双相机系统检测玻璃瓶的外部和内部，通过红光LED面板灯为玻璃瓶提供背光照明。当玻璃瓶经过每个工位上的两个光电传感器时，触发Gardasoft LED控制器。随后，该LED控制器点亮LED面板灯，并触发相机。

为了检测玻璃瓶外侧的螺纹、瓶身是否存在缺陷或划痕以及是否形成正确的锁口，原本可以使用多相机系统，对玻璃瓶的侧面和顶部进行图像。然而在这种情况下，还可以使用一种更简洁的单相机解决方案，其仅使用Opto Engineering公司的一个pericentric镜头，就能对玻璃瓶的外螺纹和外壁进行成像。

因为焦深非常短，所以必须将镜头放置在距离玻璃瓶很精确的一个位置。由于需要检测各种不同高度和不同尺寸的玻璃瓶，必须将相机系统放置在定制的精密线性滚珠丝杠驱动机构上，以便可以在不同的高度实现精确定位。该滑动机构有一个小型伺服控制器可编程电机，其由系统的PLC通过Ethernet/IP控制。

利用康耐视公司（Cognex）的高分辨率In-Sight相机捕获并处理图像。然后，将玻璃瓶外部的图像显示在系统的主机PC上（见图3）。从图中可以看出，用pericentric镜头拍摄的图像显示了玻璃瓶的外部状况，其中螺纹显示为一个径向角。可以看到玻璃瓶的连续螺纹。

图3：用pericentric镜头拍摄的玻璃容器外部的图像，显示了容器外部的状况，螺纹显示为一个径向角。

为了对该图像进行处理以检测任何缺陷，首先在图像上设置环形感兴趣区域（ROI）。确定完检测区域后，执行polar unwrap，并使用线性分析工具评估该区域，以确定是否存在螺纹缺陷。如果发现此类缺陷，随后则会将该玻璃瓶从传送带中剔除出去。

玻璃瓶内部检测

检测完玻璃瓶的外表面和外螺纹后，玻璃瓶将沿着传送带移动到第二个检测站。在这里，再次由Gardasoft公司的LED控制器触发CCS America公司的蓝光LED背光源。同时，使用配置500万像素CMOS图像传感器的康耐视工业相机来对玻璃瓶进行成像。此处由于需要对玻璃瓶的内部而不是外部进行成像，因此相机配有孔检测光学镜头（由Opto Engineering公司提供）。不同于只能对平面视场进行成像的标准镜头，这种孔检测镜头设计用于对玻璃瓶的垂直壁和底部进行成像。

使用这种孔检测镜头，可以对物体内部成像，并且可以看到玻璃瓶的内壁是否存在灰尘、裂纹，以及瓶内是否存在异物或玻璃碎片。采用该镜头，还可以使相机获取玻璃瓶底部的图像，以检测底部是否存在缺陷（见图4）。

图4：使用孔检测镜头，可以对玻璃瓶内部成像，并且可以看到玻璃瓶内壁是否存在灰尘、裂纹，以及瓶内是否存在异物或玻璃碎片。

为了获得美观的视觉效果，制造商专门在玻璃瓶底部设计了蜂窝图案。由于这并非缺陷，因此必须先去除它，然后才能使用图像处理算法来检测玻璃瓶的内部。

为实现此目的，使用图案定位算法来完成蜂窝特征的屏蔽。然后在第二个检测站，再次使用Blob分析工具来识别是否有未正确形成下侧壁的任何特征，或者玻璃瓶内是否存在玻璃碎片。

检测完玻璃瓶的外部和内部之后，系统会做出合格/不合格的判定，并且剔除不合格的产品。为了执行这项任务，制造商要求在剔除不合格的玻璃瓶时，不能将它们打碎，以便可以对这些玻璃瓶进行清洁并将它们返回传送带，做进一步检测或人工检测。

在操作员用户界面（UI）上提供相关检测过程的信息，并且可以通过该界面进行多种检测配置，用于检测不同类型和尺寸的玻璃瓶。

该系统中的UI是基于PC的程序，专门用于复杂的视觉系统/控制系统的通信和接口。在处理每个相机的图像时，在UI上提供相关显示和说明。它还与PLC和相机进行通信以传送检查配置，以便调整检测参数和相机的位置。UI为相机软件配置环境提供了方便的界面，以便于创建新的检测配置或修改现有的检测配置。

如果玻璃瓶存在缺陷，那么可以使用PLC触发一个滑动门机制，将存在缺陷的产品引导到废品箱中。合格的玻璃瓶将沿着传送带输送到后序的自动化系统中，对其进行装瓶、贴标签并加盖密封。

文/David L. Dechow，Integro Technologies公司

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