MVTEC HALCON
使用 FireWire 相机、LED 光源和软件检查用于固定活页夹的塑料环是否有缺陷。
NP Plastics 是一家荷兰注塑塑料制造商，专门生产小型塑料环等产品。这些塑料环用在环形活页夹的闭合装置中，从阿姆斯特丹到香港，每个办公室都在使用这样的活页夹。为了满足大批量的需求，同时提高质量，NP Plastics 最近决定安装一套机器视觉系统来检查这些小型塑料环。在比荷卢 Allied Vision Technologies (AVT) 的销售合作伙伴 Data Vision 支持下，公司联系到自动化解决方案提供商 Radine。Data Vision 开发了一套定制的机器视觉解决方案，使用两台 AVT FireWire 相机、频闪灯和 LED 照明，以及在标准戴尔 PC 上运行的 MVTec Software GmbH 的 HALCON 图像处理软件，检查塑料环的毛刺、缺料和其他空间缺陷。
由 PLC 控制的振动进料盆将塑料环送入检测系统。PLC 和视觉系统通过两台机器之间传递的数字 I/O 信号进行通信，以确保将产品供应到传送带，并且视觉系统处于“激活”状态。进料盆让塑料环平整的一面朝下，其配有一个时间控制的闸门，通过配置闸门，确保塑料环在检测传送带上的最小间隔为 40 毫米。该间隔可确保机器视觉系统在最大传送带速度下有 100 毫秒的时间来采集和处理每个环的每张图像。塑料环沿着传送带移动，直到到达两个检测工作站中的第一个。塑料环到达侧视检测工作站时，安装在传送带侧面的光电管会触发 AVT Guppy F-080 FireWire 相机采集图像（见图 1）。Data Vision 的机器视觉工程师 Robbert de Kraa 解释道：“我们需要检测的最小细节约为 0.1 毫米。因为我们是结合使用 Blob 分析和测量，所以最少需要四个像素才能稳定检测 0.1 毫米的最小特征。对于 24 × 18 平方毫米的视野，需要最小分辨率为 960 × 640 像素的传感器。我们选择了一台 AVT Guppy F080B 相机，其最大帧速率为 30 帧/秒，分辨率为 1032 × 778 像素，产品速率为每秒 10 件，未来可能还会提高。”de Kraa 解释说，选择 FireWire 方案非常合适，因为它带宽高，并且相对工业环境中常见的电磁干扰较为稳定。侧视工作站查找位于塑料环边缘周围的缺陷，包括顶部、底部和侧面的毛刺，以及导致塑料环顶部或底部鼓出而非平整的过冲缺陷。
表 1 中第一行给出了缺陷的类型，第二行描绘了产品上相机可观察到缺陷的范围。第三行用箭头表示该缺陷范围。缺陷用十字标出。第四行（最下面一行）显示了相机视图中的缺陷以及图像处理算法的检测原理。为了在增加对比度的同时最大限度减少相机视野边缘的光学失真，de Kraa 加装了一个 Jenoptik Jenmetar 0.2 × 12 远心镜头和一个 TDB35 远心照明镜头，由连接到 Volpi IntraLED 2020 白色 LED 光源的光纤馈电以提供背光照明。明亮的 Volpi 光源可以帮助 de Kraa 将相机的快门时间缩短至 200 微秒，从而减少曝光过程中塑料环移动导致模糊的情况。来自 1 号工作站的图像通过 IOI Technology FireWire 四路输出卡传送到 PC。随后由 MVTec HALCON 软件接管，结合线性测量和 Blob 分析来查找超过 0.1 毫米的毛刺和其他表面缺陷。与此同时，由一块 National Instruments PCI-6601 计数器/计时器卡为图像加上时间戳，表示塑料环在传送带上的位置。每个检测软件应用程序由两个任务组成。任务 1 负责当前产品的图像采集和处理。然后，将每个活动的时间戳存储在循环 FIFO 结果缓冲区中。缓冲区包含有传送带上尚未通过压缩空气剔除装置的所有塑料环的结果信息。任务 2 跟踪结果缓冲区。它会定期（每隔大约 1 毫秒）检查相机和剔除装置之间的缓冲区中是否仍有产品。如果有，它会获取第一个挂起的未处理记录，并为硬件计数器卡提供剔除装置所在位置的时间/计数器戳（精确到 10 纳秒）。当塑料环到达剔除装置位置时（例如，当硬件计数器到达该产品计算的出口位置时），计时器/计数器卡触发剔除装置鼓风机的螺线管。塑料环通过剔除装置所在位置后，任务结束当前记录，软件增加循环结果 FIFO 的读指针。由于应用程序和传送带之间没有编码器的物理连接，因此计算会根据传送带的速度设置进行。这种方法简化了视觉系统与材料处理系统的集成，让后续维护更加容易，同时也降低了材料清单和系统的复杂程度。
塑料环还会由一台垂直安装的相机进行检查。该工作站的最小缺陷尺寸为 0.2 毫米，因此 de Kraa 选用了一台 AVT Marlin F033B 相机，分辨率为 656 × 494 像素，配有 Pentax 50 毫米向心机器视觉镜头，延长管为 10 毫米。对于顶视图，Data Vision 使用 Luxeon（来自 Philips Lumileds Lighting Company）高强度红色 Lumileds 设计了一个定制的正面照明光源。环形配置的 LED 稍微向内倾斜，以便完全且均匀地照亮产品顶部和边框。图像接近曝光过度，以覆盖材料的灰度变化，并在所有情况下实现均匀的照明。对 LED 进行选通，确保曝光期间的运动模糊最多为一个像素。图像同样会输入 PC，由 HALCON 软件执行 Blob 分析和测量，以识别潜在缺陷并对塑料环进行分类。同样地，由 National Instruments 定时卡跟踪不合格的塑料环，并在必要时触发气动剔除装置，将不合格零件与合格零件分开（见表 2）。
Radine/Data Vision 系统目前每天 24 小时运行。“我们对这套先进的图像处理解决方案非常满意，”NP Plastics 负责该项目的 Bas H. Pot 表示。“有了这套系统，我们可以向要求最苛刻的客户保证，即便是一批生产数百万个塑料辊，每一根出厂的塑料辊也会经过全面检查。”
作者：Winn Hardin
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发布日期： 十月 12, 2018
