机器视觉:故障诊断视觉系统| 2010-12-22

如果视觉系统没有最佳地工作，工程师应该检查机械、电气和光学问题。

视觉系统可以快速准确地定位零件并发现缺陷。然而，如果系统开始丢失缺陷或发出误报信号，组装人员可能会对其失去信心。因此，工程师必须迅速找出问题的原因并加以解决。

有时，问题很容易发现。在其他情况下，找到问题的原因需要一些侦查工作。不管怎样，工程师们会发现视觉系统的大部分问题可以分为三大类:机械、电子和光学。

在对视觉系统进行故障排除时，Steve Maves首先提出的问题之一是问题是如何开始的。”PPT Vision的应用工程经理Maves问道：“系统是突然开始表现不佳，还是缓慢、渐进的变化？”如果这是一个渐进的变化，问题很可能是一些影响光线到达相机。可能镜头上有污垢，或者光源已经磨损。

“不过，通常情况下，这是一个突然的变化。以前有用，但现在没用了。在这一点上，你必须讨论是什么改变了，并做出鉴别诊断。”

当视觉系统突然停止工作时，机械问题是最常见的原因。震动或撞击使相机、镜头或灯光偏离了位置，所以它们不再聚焦在感兴趣的特征上。这类问题很容易避免，只要固定好相机和安全照明，并在聚焦后使用固定螺丝锁定镜头。

Balluff Inc.的产品营销经理马克·西佩尔（Mark Sippel）说：“标准的3/4英寸螺钉安装可以将相机固定到三脚架上，但对于工业应用来说，这太荒谬了。你至少需要两个安装点。”。我们的神枪手相机两侧各有两个螺丝孔，背面有四个。”

电气问题是视觉系统性能突然变化的另一个常见原因。幸运的是，它们通常很容易被发现。摄像头和控制器上的灯指示电气连接的状态。问题可能只是一根电缆被拔下了。

另一个不太明显的电气问题涉及摄像头所连接的网络。“最近最棘手的问题涉及以太网，”Maves解释道。“客户连接摄像头，软件运行良好，然后连接断开。

“根本问题不在于相机；是网络。它设计得不恰当。当网络上的流量过大时，它会加快计算机和摄像头之间的响应时间，这可能需要数百米的距离。”

阴影校正是一种实时的滤镜，它可以消除目标表面上的大的随机阴影或眩光，留下可能是缺陷的较小的定义点。如果没有过滤器，视觉系统可能无法始终检测到连接器外壳上的缺陷。使用过滤器，正如这里所见，缺陷是明显的。照片由美国凯恩斯公司提供

视觉系统研究

在解决视觉问题时，应用工程师可以通过检查系统拍摄的最近的和存档的图像来学习很多东西。最近的图像比之前的图像更亮还是更暗?有亮点或阴影出现吗?注意力的中心转移了吗?

“如果你看到轻微的模糊，可能是相机震动或曝光时间过长，”西佩尔说。“如果曝光时间太长，那可能表明光线不足。”

专业摄影师可以通过查看直方图来判断他们是否制作出了高质量的数字图像。直方图是一种频率图，显示了场景中从最暗到最亮的所有亮度级别的位置。工程师可以对视觉系统获得的图像进行同样的处理。然而，工程师们应该记住，一张好的照片不一定是用来检查或测量的好图像。

Maves说:“机器视觉的关键不是创造一个好看的图像，而是创造一个在良好条件和糟糕条件之间有最大可能反差的图像。”“通常，当你在寻找一个零件的存在或缺失时，投射一个零件的影子，并寻找影子的存在或缺失，比直接看零件更容易，特别是当零件的颜色变化时。

“在其他情况下，您可能希望故意模糊图像，以消除无法区分好零件和坏零件的微小变化。您可以通过散焦镜头或使用软件中的低通滤波器来实现这一点。”

如果图像的照明或组成没有改变，问题可能在于部件本身，而不是视觉系统。美国Keyence公司的项目经理Doug Kurzynski说:“通常，制造商或供应商会更换零件的塑料材质。“新部件可能看起来像旧部件，但它们可能没有相同的反射特性，这可能足以破坏系统。”

故障诊断信息的另一个有价值的来源是系统配置文件，其中显示了应用程序的工具和设置。在诊断视觉系统故障时，工程师应该抵制调整系统软件的诱惑。

Maves解释说：“我们经常看到对vision软件略知一二的用户，因此当出现问题时，他们习惯于进入该软件进行调整。”但当机械、电气或光学出现故障时，这是错误的做法。您必须首先解决根本问题。”

仿真软件也很有价值。通过仿真软件，应用工程师可以模拟系统中发生的情况，但不需要摄像头。”有了仿真软件，我们能够在数小时而不是数天内解决问题，”Sippel说。

保持强度过滤器自动校正由于波动的光电平图像的强度变化。在这个例子中，视觉系统必须检测到螺钉的存在。在正常光照下，当原始图像转换为二值图像时，螺旋很容易被检测到。然而，在较低的光线下，当转换成二值图像时，螺旋是无法检测到的。滤光片提高了亮度，因此可以产生良好的二值图像，如图所示。照片由美国凯恩斯公司提供

设置成功

由于相机和软件技术的改进，今天的视觉系统非常健壮，很少出现问题。尽管如此，工程师们还是可以采取一些步骤来确保视觉系统按预期运行。

视觉系统几乎不需要预防性维护。但是，如果生产环境脏污、油腻、潮湿或多尘，最好将相机放在外壳中。清洁外壳外部比清洁透镜更容易。粗心的技术人员可能会损坏光学元件或改变相机的焦距。

库兹恩斯基说，工程师还应该采取措施减轻热、振动、静态放电、电异常和电噪声，所有这些都会给视觉系统带来问题。工程师应该尽量减少安装在机器上的系统电子设备的数量。相机应该用自己专用的、稳定的电源进行电气隔离。通信电缆应与电机电缆隔离。

可调节的镜头很有用。”转动镜头要比移动相机容易得多，”Sippel指出。

如今，大多数视觉应用都是由led照明的，所以工程师们不必担心更换灯。即使在24/7的工作状态下，led也可以连续工作数年而不降低光照。如果应用程序是由荧光灯照明，工程师将需要密切关注灯泡的性能。“日光灯会随着年龄的增长而变暗，”Maves说。

一些视觉软件包包括监控摄像机获取的图像的亮度和清晰度的工具。如果光线开始变暗，软件会发出告警。

根据装配厂的条件，工程师可能希望保护应用免受环境光的影响。或者，工程师可以用单色LED（通常为红色）照亮应用程序，并在透镜上安装一个只接受该波长的滤光片。