由于人工檢視員缺少客觀可靠的途徑來決定工件缺陷的存在與否，因此對寬四英尺、周長八英尺的彈性帶的人工檢查十分困難?？傮w上來講，工件的缺陷是指比周圍材料顏色更暗或更亮的區(qū)域。位于邁阿密斯堡的Invotec工程處被生產彈性薄膜帶的公司詢問，機器檢查是否可以用來制定一個客觀的規(guī)格體系，從而可以多次提供檢查結果。Invoctec的工程師們同客戶合作，共同研發(fā)了一套規(guī)格體系，同時考慮到了工件的尺寸、過亮或過暗區(qū)域，以及缺陷同周圍材料的反差。

這一方法與兩臺Cognex In-Sight 5000系列視覺系統(tǒng)一起實現(xiàn)了自動化，在16秒內完全檢查了一個薄膜帶。系統(tǒng)在工件的不同區(qū)域截取了幾幅圖像。開始的幾幅圖是用來調整出適當?shù)脑隽?，來補償薄膜由于在攝影機前面旋轉而造成的可能的工件厚度變化。Invotec的副總裁兼技術指導—達瑞爾格雷維特說：“我們在機械可視參數(shù)的基礎上研發(fā)了這套客觀的規(guī)格體系，同時展示了在此規(guī)格系統(tǒng)上建立的可重復操作的工件檢查能力，從而實現(xiàn)了快速的完全檢查。”

確保重要組成部分質量的挑戰(zhàn)

由于彈性薄膜是應用于醫(yī)療器械，因此嚴格剔除存在針孔、薄的斑點、內含物和嵌入粒子的工件顯得尤為重要。以前，這些缺陷都是由人工檢查的，通過背光處理并將該薄膜夾在兩個錠中間旋轉，然后由檢查員尋找缺陷。

自然地人工視覺意味著如果存在一定的明顯缺陷，每個檢查員都能檢查得出。然而仍然存在許多小缺陷或細微變化，一些檢查員認為這是一個缺陷，而另一些檢查員認為它不是缺陷。許多檢查員甚至前一天通過了一個存在微小缺陷的工件，而第二天又將它剔除。

薄膜的生產廠家要求Invotec參與這樣一個工程，因為該公司在機械視覺應用方面有著廣泛的經驗。Inovtec為客戶提供設計裝配、檢測和試驗系統(tǒng)，同時為許多不同制造業(yè)的制造公司提供工裝、工具和量規(guī)。

Invotec的工程師選取Cognex的Insight視覺系統(tǒng)作為應用的開發(fā)平臺，“Insight視覺系統(tǒng)為開發(fā)一個強大的視覺應用提供了一切所需的條件，而且結構緊湊。”Greywitt說。Insight為讓我們能夠使用廣泛的Cognex視覺工具庫，這些工具幾乎能夠處理任何視覺應用。.這些工具是智能的，可以忽略非顯著的表面變化，而關注于能夠決定工件被接受度的顯著的特征。他們不要求大量的圖像預處理來達到最后的解決方案，而是要求視覺工程師更快的應用開發(fā)和為公司縮減生命周期損耗。

圖1、放大視覺系統(tǒng)用來檢查彈性薄膜
（薄膜已從圖片中移除）

視覺應用的開發(fā)

在原型階段，Invotec的工程師與客戶工程師在數(shù)學上定義每一類型的缺陷，同時開發(fā)照明和視覺工具以便持續(xù)識別缺陷。他們決定需要多項檢查過程來鑒別產品質量。“在尋找區(qū)域缺陷，例如內含物和薄的斑點，系統(tǒng)會采用兩個直方圖來尋找高對比度的區(qū)域。”Invotec管理工程師Mike Updike說。一個直方圖用來尋找暗的區(qū)域，另一個直方圖用來尋找亮的區(qū)域。如果沒有發(fā)現(xiàn)這樣的區(qū)域，我們就確定這片地方沒有缺陷。如果發(fā)現(xiàn)了一個高對比度的區(qū)域，無論是暗點或是亮點，應用一個區(qū)域工具尋找潛在的缺陷。這個區(qū)域工具用直方圖中的信息更好地識別了缺陷的尺寸。一旦受檢區(qū)域被區(qū)域工具鎖定后，另外一個直方圖工具和缺陷檢查工具組就會被直接應用，來檢查潛在的缺陷。后面兩個工具組的結果是一個對比等級、缺陷尺寸和缺陷位置。用這三個值與預設的拒絕閾值進行比較。

當尋找邊緣缺陷的時候，攝影機在一個極小的區(qū)域應用十個與薄膜材料邊緣垂直的邊緣工具，每一個工具導出一個邊緣位置的可讀數(shù)值。薄膜材料在攝影機下穿過的時候，攝影機得到了這些讀數(shù)的平均值，來找到邊緣。為了找到邊緣缺陷，每一個獨立的讀數(shù)都要與平均值對比，如果它們比預置的限制變動值還要大，那么該區(qū)域就被定義為缺陷。系統(tǒng)的缺陷變動值有對比限制、亮度、大小限制、亮度、對比限制，暗度、大小限制，暗度、邊緣方差正極限以及邊緣方差負極限。

Invotec采用先進照明紅色背光來照亮薄膜以便成像。該光線波長為660納米，光強為0.550mw/cm2，在檢測過程中提供了薄膜良好的對比度和著色度。兩個視覺系統(tǒng)在提供必要的檢測分辨率的同時覆蓋了薄膜帶的寬度。第一個嵌入該設置的視覺系統(tǒng)是Insight 5403，分辨率為1600*1200像素，這一分辨率使該設備能夠精確檢測幾乎百分之六十的薄膜寬度。Invotec增加了一個Cognex Insight 5603視覺系統(tǒng)來與Insight 5403 組合，以覆蓋薄膜的全部寬度。Insight 5603與Insight 5403有相同的分辨率，但是它的處理器速度幾乎是后者的兩倍。兩臺Insight 5603已被嵌入同一臺系統(tǒng)， 以縮短運行周期。

圖2、由視覺系統(tǒng)截取的典型的缺陷

在生產環(huán)境中

Invotec開發(fā)出一款手動載入和驅動的原型設備，這是應用于生產環(huán)境中的第一步。這臺設備用兩條直徑一英尺的小棒固定薄膜，這些小棒的間距讓監(jiān)測的部分受到較小的張力。前一根小棒是手動旋轉的，以便使薄膜對準攝像機， 后面的旋轉輪具有相當高的旋轉摩擦力。在后面的旋轉輪旋轉之前，可以為輕微伸展的薄膜增加一些伸展力。

圖3、完整的機械視覺設備

在使該應用完全適應產品還面臨巨大的挑戰(zhàn)，即薄膜如何在視覺系統(tǒng)中移動并在固定錠上伸展。在薄膜伸展的時候，視覺感應裝置下區(qū)域的薄膜厚度會發(fā)生改變。Invotec的工程師意識到，要得到可重復操作的檢查結果，補償這一厚度變化很重要。他們通過將攝像機下的畫面分為三個與薄膜帶運動方向平行的附屬區(qū)域，實現(xiàn)了這一目標。

當薄膜的一個部分移動到第一次區(qū)域，視覺系統(tǒng)就會對該區(qū)域實施一次檢查，同時測量背景的平均亮度，當這一區(qū)域移入下一次區(qū)域，視覺系統(tǒng)的輸入數(shù)據就會做相應調整以補償背景亮度， 同時拍下另一幅照片。這幅照片中同樣會計算平均亮度，當這一區(qū)域在移入下一子區(qū)域時，輸入數(shù)據也會做同樣調整。結果是，無論薄膜如何移動，或是被伸展，視覺系統(tǒng)都能提供連續(xù)的檢查結果。

“這一機械視覺應用系統(tǒng)第一次展示了提供客觀規(guī)格和可重復的彈性薄膜帶檢查的能力。”Greywitt總結說。“它允許用戶設定理想的缺陷尺寸限制，同時可給出重現(xiàn)性極好的檢測結果，即使尺寸限制小到0.2平方毫米。這一視覺系統(tǒng)提高了檢查的可持續(xù)性并降低了檢查的費用。”