光學與照明

工件定位:照明與 ROI 穩定性

用受控照明和明確的 ROI 座標穩定可見目標的中心;測試眩光、陰影和截斷造成的質心偏差。

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工件定位:照明與 ROI 穩定性
工程說明圖,不是照片,也不是實測結果。

檢測任務

工件在物理上沒有移動,質心也可能因遮罩變化而移動。選擇能在預期的朝向和表面變化範圍內,顯現出穩定定位特徵的照明。僅當剪影的中心就是預定基準時,才使用剪影。反光工件上的一塊亮斑,不能作為可靠的物理中心。

前置條件與對照樣品

先宣告本任務是像素位置檢查,還是經校正的運動指令。簡單的固定工站基線檢查水平中心,對象是單個分離的深色目標。它無法證明垂直位置、旋轉、高度或機器人取放是否正確。請準備單個可見目標、無目標和多個目標三類樣品;保留原始座標原點和獨立標註的中心。

選擇相機方案

平面穩定、特徵可觀測時,使用固定的面陣相機。取像過程中工件仍在移動時,採用全域快門的方案較有幫助。如果高度或重疊會影響取放點,應評估經過驗證的深度方案,而不是把 2D 中心當作 3D 位姿。相機到機器人的座標轉換和工具校正,與影像定位彼此獨立。

執行受控流程

比較不同的光源佈置時,使用同一批原始工件,並固定相機、曝光和鏡頭位置。在原始影像座標中設定感興趣區域(ROI),範圍要涵蓋所有允許的上料位置。裁剪可以去掉無關背景,卻找不回看不見的目標。接受較小的 ROI 之前,先檢查完整影像,治具或工件可能移動時尤其如此。

  1. 固定工件,比較現場可用的幾種光源佈置。
  2. 把遮罩和中心疊加到原始影像上。
  3. 測試允許範圍內的旋轉,以及有意製造的 ROI 邊緣截斷。
  4. 儲存選定的光源佈置,並附上明確的裁剪到原圖的對映。

流程圖

光照決定可見的遮罩;ROI 與座標對映則保證中心所用的基準不變。

  1. 完整影像
  2. 光照控制
  3. ROI
  4. 可見目標
工程說明圖,不是照片,也不是實測結果。
查看原尺寸示意圖

記錄佐證

記錄光照變化下的中心位移、符合條件的面積和與邊界的接觸情況。與獨立標出的基準作比較。裁剪局部座標和原始座標要分別標註;即使沒有任何物理移動,它們的數值也可能不同。

用工件固定的照明試驗,把真實的物理移動與分割偏差區分開。把目標夾緊在一個已知位置,在各候選光源佈置下擷取影像,並保持曝光不變。在每張原圖上標出獨立的物理基準,並疊加符合條件的遮罩和計算出的中心。同時記錄中心位移,以及目標的哪些部分進入或離開了遮罩。細長突出的尖端只要有一點變化,即使主體看起來沒變,也會使質心發生不成比例的偏移。要直接檢查與工件相連的陰影和反光斑塊。在對比遮罩證據之前,不要把位移解釋成相機漂移。如果所選特徵在表面變化時沒有穩定可見的輪廓,應改選另一個可觀測的基準,或更換取像路徑。

範例記錄表;請填入自己的結果
對照樣品需觀察的結果判定邊界
X32:單個可見目標範例:原始影像中心 x = 32 px範例區間:28–35 px;不是機器人公差
X26:單個可見目標範例:原始影像中心 x = 26 px超出範例水平區間
M:多個目標或目標被遮擋不存在唯一的可觀測目標中心複核;不推斷運動指令

診斷失敗情形

與工件連在一起的陰影會使質心偏移;被截斷的尖端則使它向相反方向偏移。縮小 ROI 可能掩蓋真正的原因。先解決照明或可觀測性問題,再考慮放寬位置區間。

故障隔離

比較穩定輪廓、相連的陰影和被截斷的尖端。同一個物理位姿,可能得到不同的影像中心。

  1. 穩定輪廓
  2. 陰影
  3. 尖端截斷
  4. 眩光
工程說明圖,不是照片,也不是實測結果。
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獨立驗證

每次試驗只改變一個光源變數:幾何位置、強度或環境遮光。更改判定閾值之前,先比較原始影像的對比度、飽和情況和生成的遮罩。成功與不成功的佈置都要儲存。有用的選擇,是在允許的變化範圍內能區分相關類別的那一種,而不是讓某一個樣品看起來很漂亮的那一種。

工件固定時,所選方案必須滿足專案規定的中心重複性限值。旋轉對稱的特徵,不能憑質心斷言有唯一的角度。

在允許的朝向變化和有意的邊界挑戰下,重複同樣的檢查。對稱輪廓可以給出可重複的中心,卻給不出唯一的朝向;這是位姿含義有限的有效中心結果,不是完整的角度估計。不對稱的工件,則要檢查預定基準是否始終是同一個物理點,而不是漂移到最亮或最大的可見區域。測試每條 ROI 邊界時保留座標對映,並保留完整的源影像。被截斷的特徵,不能靠把報告的中心直接移回允許的位置區間來補救。複核人員應當能看到接納或排除每個目標的明確理由,以及遮罩和基準的疊加圖。用此前沒見過的工件驗證所選光源,這些工件的表面狀態和朝向仍應在宣告的範圍內;任何未解決的歧義,都必須保留在定位狀態中。

繼續工程交接

提供光源佈置、ROI 座標、原始影格和遮罩,供評估。選擇 Deyi Vision 的照明和光學部件之前,請先說明任務需要的是剪影,還是頂面特徵。不要悄悄調整裁剪尺寸;任何座標或比例的轉換,都必須在儲存的工作流程中明確體現。

把原始影像和對應的結果記錄一併儲存。

來源與技術參考資料

這些資料說明本教學所用方法的依據與適用範圍。文中的檢查範例僅供參考;量產驗收需要用你自己的樣品取得佐證。

  1. Machine vision lighting basicsDeyi Vision查核於
  2. Image thresholdingOpenCV查核於
  3. 2D and 3D machine vision selectionDeyi Vision查核於

工程評估

把檢測問題與佐證資料一併寄來。

請提供樣品影像、目前的方案,以及未通過的檢查項目;並註明視野、工作距離、線速度與驗收標準,方便做出切實可行的評估。

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