二維自動化光學檢測及應用_吳先晃_二維檢測原理與技術(上)_二維量測應用

各位同學,我們在上面兩個單元把直線跟圓的方程式匯找了以後, 我們要開始拿來做應用,那我們這邊就直接看看在哪一些產業上面比較會用到, 我們當然不可能講解所有的產業,我們就盡量挑一些比較具代表性的來做一個簡單的描述, 希望同學能夠舉一反三,從這邊瞭解到到底哪一些應用,你碰到的時候,你要知道怎麼樣把這些方法拿來做應用纔好。 好,那二維影像尺寸量測,我們通常會用在線寬跟線距的量測,或者 圓形的或者矩形的各種量測上面,這邊特別講焊電,就是我們找的一個簡單的例子, 那實際上你很多形狀,包括三角形或者各種各樣的產品,其實你都可以拿來做量測使用, 那我們不可能把每一種量測的應用還有量測的形狀都講解,所以我們希望能夠講解一些簡單的應用, 讓你粗略旁通去用在更複雜的量測上面,那二維尺寸的量測到底用在什麼地方呢? 最主要是在工廠生產的物件裡面,我們出貨前,在生產上面出貨前,要經過量測來確定其尺寸, 所以尺寸量測是很重要的,那有些甚至不是在要出廠前,他們在生產線上,在快速生產的時候, 你就要去做量測了,我們待會有一個很簡單的例子,來講解的確是有在速度非常快之下,你要做量測的需求。 那這邊我們講的例子是,當你完成了電路板,那你必須要量測電路板上面的各種 元件的尺寸,包括線的寬度,線的距離,因為你線太細的話,有可能在 使用的時候會變成斷路,那線太寬有可能跟別人會touch在一起,你就會造成短路, 那所以線距非常重要,那個距離是要合乎一定的規格的, 那你在電焊的時候,就是焊上去的那個電,它的高度,還有它的角度,還有它的大小都有一定的規格, 包括我們很早以前講的光學點,它的大小跟位置也很重要,大家如果還記得我們之前講的話,光學點 是用來做定位使用的,所以它的位置如果不精確的話,你後續的加工都會出很大的問題,所以它的大小啊, 它的位置是非常非常重要的,這個在生產完之後,你也一定要做尺寸的量測,纔可以讓它出去。 好,那怎麼做量測?就是最主要是,我們利用前面我們介紹過的直線曲線的擬合, 把你所想量測的直線跟曲線,你都把它找出來,那你找出來方程式以後, 你就可以用來量測線的寬度,線的距離,或者圓形物件,不一定是焊電, 圓形物件的位置,還有它的半徑,還有矩形的長寬,還有夾角等二維的尺寸,這個非常好用的。 那線寬跟線距,其實是一樣的,因為線寬其實也是兩條線,那你要看線寬,就變成兩條線的距離, 就也是線距,所以都可以把它看作是兩條P形線之間的距離。 那如果你要用的話,你可以用前面講過的後式轉換直線擬合法,來量測線寬及線距。 也就是說,用後式轉換,你不用去選定哪一些點是你要的直線,你就把所有的直線都找出來, 然後你可以依據你所知道的線的長度,去挑出你要的線,來做兩者彼此之間的距離的量測。 好,所以我們用循邊,先用邊緣點找出來,然後用後式轉換擬把直線找出來,你就得到兩條直線方程式。 然後用兩條直線方程式,怎麼樣算兩條平行線的距離呢?這個很簡單。 舉例來說,假設你是用low theta的方式,那假設它是平行的兩條直線,你就知道theta是相同,所以這個很方便。 你看或是轉換出來,兩條直線,直線角度是一樣的,就是兩條平行線,那你就找它的距離,就是把low 1跟low 2相減, 取一個絕對值,因為你不曉得哪一個在前,哪一個在後,那你就可以得到線寬或者線距了,這是一個非常簡單的方法。 好,第一個應用在線寬量測上面,我們首先看到的是一個PC板的例子。 那這個PC板上面有一些金屬的線,就是在A圖上面的白色那些線都是屬於金屬線, 那因為打光下去以後我們拍攝到的是白色的,那我們想要來檢查這個 線寬跟線距有沒有什麼問題,你有幾種選擇,第一種就像我們這邊看到的,你可以把它框選起來, 人工方式框選起來,來做檢測,那你可以用我們之前講到的ROI的方式,也就是說,假設你每一個影像拍到的位置都是一樣的, 那你就只要檢查這個位置,你就可以用我們之前講過的方法,設定一個ROI,然後每一張都只處理這裡就好了。 那另外一種方法呢,就是每一個都幫他檢查,就是你每一條線,每一個線距都給他檢查,那是另外一種方法。 好,假設不管你是用ROI的方式,或者用人工框選的方式,選出來這塊區塊以後,在V這邊呢,我們就進行了二值化, 二值化以後,我們要檢查並不是每一條都檢查,我們只檢查最長的那一條,那個最長的那一條金屬線。 那我們之前也講過,怎麼樣去挑選你要的,你可以用面積當作一個特徵,那這邊呢,你就把面積最大的那一塊挑選出來, 就挑選到你要的那一個金屬條了。好,那你就做量測了,那這個時候,你立出來的以後,你可以把這個經過後浮轉換, 我想你大概可以猜想得到,他會得到四條直線,那你就挑出最長那兩條,然後算他的線距呢,他所得到的結果呢,就在我們 圖中A,A圖那個黃色框框的右下角那裡,他會跟你講他的線寬呢,是38.796,而且他還會跟你講角度傾斜是120度。 好,所以不僅線寬,他連角度都可以幫你算出來,所以在直線擬而上面,這個是一個很好的應用。 那圓形焊墊的量測,我們現在量測一個圓形的物件,那實際上我們要量的圓形物體很多,我們只挑一個這個來當作例子。 那除了這個圓形焊墊以外,像光學點,還有一些打通的孔,或者一些沒有打通的孔,因為孔有時候你是要有東西穿過去的,如果你沒有量測好, 有可能穿不過去,或者穿得太大變成太鬆了,都是不行的。那量測圓形儲存的方法,我們前面有講過,最小平方法,三點定元法, 修正式三點定元法,就是好幾組平均的那個方法,那後式轉換我們沒有講,未來有機會我們再來聊。 好,那這個是一個範例,我們最左邊,就是框選出來,一樣,會自動 RY,就是你一開始就設定 RY 的,那框選出來以後,你就對它做二值化。 那二值化以後,你會看到旁邊除了這個圓以外,旁邊有一些雜點,所以一樣,你可以用 面積當作一個特徵,然後挑選面積最大那個,你把它留下來,就留下這個最大的物體。 那接著你就做圓的擬合,那擬合出來,它的圓,會在圖A當中,紅色圈顯的那個圓,就是你挑選,就是被經由 圓的檢測所得出來的那個圓,把它放回去原來的圖形裡面疊加在一起的。那它的圓心呢, 跟圓心在275.858,跟233.91那個位置,那直徑是98,那這個單位都是pixel,就是像素,你要把它轉成 長度的話,要知道每一個像素的大小,你就可以把它轉成真正的尺寸,那你再去看看它的位置到底 好不好,然後它的半徑是不是可以,你就可以當作量測的一個標準了。 好,看完了直線的線距、線寬,還有圓形的量測以後,我們來看一下矩形的量測。那這邊我們有一個漢電 來做例子,那這個量測跟之前的直線方法很像,一樣我們把這個矩形的邊界點找出來, 然後得到這些矩形漢電輪廓邊界點的代表,然後把這些邊界點帶進去霍氏轉換裡面, 就擬而出來四條直線,然後再找這四條直線的焦點,那從這個焦點你就可以算出這個矩形漢電的長跟寬, 然後相對於水平走的旋轉角度也可以找出來。我們來看下面這邊這個例子,這是一個 也是一樣電路板上面的矩形漢電,那一開始也是一樣我們框選或者自動Ry把它找出一個你要量測的位置, 然後接著呢我們對它做二值化,二值化以後留下一個最大的,一樣都是用特徵,所以我們之前講過的方法雖然簡單,其實都是可以用的。 然後依照我們剛剛講的方法,你會找出四條直線最長的跟最短的, 都有,有長有短都有,你把這四條直線焦點的四個點交出來,你就可以算出它的寬218.144, 高度是61.579,還有一個角度26度左右,中心點也可以算出來。為什麼我們要算這個旋轉角度呢? 因為假設你現在有一個物件它是立體的,你要用機械手臂去夾取的話,那個角度就很重要了。 好,最後我們來看一下另外一個真實我們在實驗室裡面做過的鋁製活塞尺寸量測, 那這是一個它使用者介面,那這個上面的一條一條線呢就是我們選定原件待量測的位置,我們有一個使用者介面, 你可以去量測它每一點的位置,然後我要量的是這個線拉過去劃過原件焦點處它的寬度。 那這個原件呢它是在跑的,所以我們拍照的時候它是在運動狀態,那一秒鐘它可以檢查一個,那而且 你可以指定你所要檢查的各個位置,我們這邊有五條線,所以它檢測五個位置,你可以把位置做變化,也可以做更多點的位置。 量測完了以後,最後所得到的結果呢,畫面上會以這種方式來呈現,大家可以看得到我們剛剛定義五條 線,所要量測的地方,它都有數據出來了,那右邊有五條直線它的寬度,也就是說它兩側的距離, 我們等於量兩邊的那個寬度,那這個量測的結果是ok的,表示這個原件呢是可以pass的,那我們剛剛講過, 這個原件在產線上面是一秒鐘一顆來做量測,那我會有機制,當你出現問題的時候,它就會把它打掉, 那右上角會顯示ok或者ng,然後左下角這邊會統計出來,你ng跟ok各有幾個, 所以這個是一個很有趣的,也是很實用的應用,接下來我們把這個單元做一個很簡單的回顧跟總結, 我們在這邊講到了一些檢測的基本概念,我們也介紹了直線擬合跟霍氏的轉換,來做直線跟曲線的尋找, 那最後我們做遠的擬合,也對二維量測的應用做了一個很簡單的介紹,我們再強調,我們做的東西雖然不多, 可是你可以把相同的技術用在很多不同的技巧上面,那最後我們這本書是我們這個單元的參考書籍,大家有興趣的話, 也可以買來看看更詳細的內容,我們這個單元對於量測已經有了初步的介紹,那接下來下一個單元, 我們開始會對瑕疵檢測跟分類做一個詳細的探討,那這個單元就在這邊結束,謝謝各位的參與。