1、鋼珠表面瑕疵檢測系統的雛型設計指導老師：林宏達 教授學 生：王詩婷報告日期：2010/05/11第1页，共20页。目目 錄錄l上下鏡頭拍攝l各種遮罩顏色拍攝l輔助光源介紹第2页，共20页。上下鏡頭之拍攝上下鏡頭之拍攝鏡頭鏡頭光圈置物台上遮罩下遮罩圖一 上下鏡頭拍攝(無遮罩)圖二 上下鏡頭拍攝(有遮罩)第3页，共20页。上下鏡頭之拍攝上下鏡頭之拍攝面積計算面積計算鏡頭鋼珠圖三 面積計算圖第4页，共20页。上下鏡頭之拍攝上下鏡頭之拍攝面積計算面積計算2222222221-22222rr-22 22 2x-rrx-rx1)y(1x-rx-(-2x)x-(r21y x-ry dx)y(1y2 x-ry
2、 x ry x，其中球表面積取。軸旋轉，會形成一個球繞圓假設不計算鏡頭倍率圖三 面積計算圖第5页，共20页。上下鏡頭之拍攝上下鏡頭之拍攝面積計算面積計算hrCO xxrCDhrCO rCOhr AOCOPOAOCAOAPC90ACO 90PAOrOA h OP r4r)x(2rdx2 dxx-rrx-r2222rr-rr-rr-2222鋼珠的半徑鏡頭到鋼珠的距離球表面積圖三 面積計算圖第6页，共20页。上下鏡頭之拍攝上下鏡頭之拍攝面積計算面積計算98.08%0.9808130.25-10.25r 13h hr-1r4hr4-hr4hr4-hr4hr2-hr22hr2-hr2hr2-r2r)x(
3、2rdx2rdx223232323232rhrrhrrx22所拍攝出來面積比例為、當最後數字代入，球表面積上下拍攝上下拍攝第7页，共20页。上下鏡頭之拍攝上下鏡頭之拍攝拍攝結果拍攝結果上鏡頭拍攝無遮罩白色遮罩紅色遮罩下鏡頭拍攝表一 上下鏡頭拍攝結果第8页，共20页。上下鏡頭之拍攝上下鏡頭之拍攝結果分析結果分析 由上頁投影片可知，下鏡頭所拍出的影像比上鏡頭還要模糊些，是因為下鏡頭的影像有隔著一塊玻璃，而使影像便得不清晰，而且當玻璃上有瑕疵時會導致所拍出的影像也會有瑕疵，會讓我們以為是鋼珠表面上的瑕疵而導致誤判的結果。不過上下鏡頭的優點為它不必透過鏡射的方式把影像鏡射在鏡面上，因鏡射的方式容易造成
4、瑕疵變形。第9页，共20页。各種遮罩顏色拍攝各種遮罩顏色拍攝 以白、紅、綠、黑四種顏色西卡紙做成的遮罩，白色的西卡紙由於透光率較高，所以此遮罩厚度多一倍。以 生 鏽 的 鋼 珠 進 行 拍 攝 來 比 較 四 種 顏 色 的 西卡紙。生鏽拍攝第10页，共20页。輔助光源介紹輔助光源介紹正向打光(front lighting)亮場(bright field)暗場(dark field)擴散式正向打光(diffuse front lighting)方向性正向打光(directional front lighting)低角度斜向打光(oblique lighting)同軸打光(coaxial lig
5、hting)環型光(ring guide)偏振光(polarized light)背向打光(back lighting)擴散式背向打光(diffuse back lighting)方向性背向打光(directional back lighting)結構打光(structured lighting)表二 輔助光源照射種類 第11页，共20页。輔助光源介紹輔助光源介紹正向打光正向打光 亮場是利用物體表面鏡射的方式來照明，因此物體表面平滑的區域會因反射而產生亮的影像，而粗糙的表面會因散射而產生暗的影像。暗場是利用物體表面散射的方式進行照明，因此物體表面平滑的區域會因反射而產生暗的影像，而粗操的表面則
6、會因散射而生亮的影像。圖四 亮場打光示意圖圖五 暗場打光示意圖第12页，共20页。輔助光源介紹輔助光源介紹正向打光正向打光 擴散式正向打光，其中照明器與攝影機在物體的同一測，而照明器利用擴散板產生擴 散 光，照 明 器 一 般 採 用 螢 光 燈 或 光 纖 照明。優點：產生柔和且沒有方向性陰影的影像。缺點：物體邊緣影像較模糊以及單色物體會產生較低的影像對比。適用：鏡射表面、金屬物體、強調物體表面的平滑特性。圖六 擴散是打光示意圖第13页，共20页。輔助光源介紹輔助光源介紹正向打光正向打光 方向性正向打光是照明與攝影機在物體的同一測，而照明器上方側邊一般採用螢光燈、發光二極體光源或光纖照明。優
7、點：產生陰影且有很多影像資訊可使用。缺點：同時產生不想要的陰影且影像上的亮度分布不均勻。適用：表面的高或低瑕疵檢測，同時對於平滑物體會比低角度斜向打光具有更多表面資訊。圖七 方向性正向打光示意圖第14页，共20页。輔助光源介紹輔助光源介紹正向打光正向打光 低角度斜向打光是照明器的角度比方向性正向打光更低。有些應用場合上會產生高對比的影像但無法照明平坦的表面。適用：表面突起或是低凹瑕疵的檢測。同軸打光是照明器可內嵌於鏡頭內部或者從鏡頭前的分光鏡而來。優點：減少陰影的產生，同時產生照明均勻的影像。缺點：對於表面平滑會有強烈的反射且工作距離受限於競投不易安裝。適用：表面平坦的瑕疵檢測。圖八 低角度斜
8、向打光示意圖第15页，共20页。輔助光源介紹輔助光源介紹正向打光正向打光 環 型 光 是 照 明 器 通 常 固 定 於 鏡 頭 外 部 且 可使用光纖光源獲環形LED光源。優 點：減 少 陰 影 的 產 生，同 時 產 生 照 明 均 勻 的現象。缺點：對於有高度差異的表面會產生環形的影像，及光源不易安裝。適用：表面平坦的瑕疵檢測上。偏振光是照明器與鏡頭前皆可裝偏振片。優點：減少見面反射光對影像的影響。適用：金屬表面等容易反光的物體檢測上。圖十 偏振光打光示意圖圖九 環型光打光示意圖第16页，共20页。輔助光源介紹輔助光源介紹背向打光背向打光 擴散式背向打光是照明器與攝影機在物體的不同側。優
9、點：點產生高對比的影像、產生不透明物體的黑色輪廓。缺點：會喪失物體表面的細節資訊。適用：物體尺寸量測以及強調透明或半透明物體的裂縫與微粒的特性。圖十一 擴散式背向打光示意圖第17页，共20页。輔助光源介紹輔助光源介紹結構打光結構打光 結構打光算是正向打光，但照明器位於投射出現或是方格的圖案至物體表面上。優點：可在低對比物體上產生表面輪廓同時影像資訊，可以用來量測物體高度此種方式光源通常與用雷射有價格與安全考量。適 用：台 階 缺 口 邊 緣 應 用 在 低 對 比 物 體 的 表 面 輪 廓 量測。第18页，共20页。進度計畫進度計畫 由於目前所拍出的影像中，中間的部份會有大範圍的反光效果(如下圖)而影響瑕疵的判別，因此將針對不同的打光方式來進行拍攝實驗。使用不同材質(奶瓶蓋)的遮罩來重新測試各種遮罩顏色拍攝。圖十二 鋼珠反光示意圖第19页，共20页。參考文獻參考文獻光學影像處理在AOI產業的應用介紹色彩學http:/www.es.nccu.edu.tw/teacher/%E5%BC%B5%E9%BA%97%E8%8F%AF/newpage3.htm證明球表面積公式http:/www.sec.ntnu.edu.tw/sec-dg03/Monthly/231-240/240/31-34.PDF第20页，共20页。
