Проработав в сфере видеоизмерений более двух десятилетий, я неоднократно сталкивался с одной и той же проблемой: измерения прозрачных или полупрозрачных материалов часто дают неудовлетворительные результаты. Стекло, акрил, прозрачные пластиковые детали и некоторые оптические элементы со специальными покрытиями могут показаться обычными, но при использовании видеоизмерений они часто вызывают серьёзные проблемы.
Многие клиенты, впервые тестируя детали из стекла или акрила, обнаруживают размытые края, из-за чего практически невозможно различить истинные границы на изображении. Некоторые сообщают о наличии двойных контуров, когда одна и та же деталь имеет разное положение краёв, что приводит к значительным разбросам в измерениях размеров. Эта проблема особенно распространена в оптическом стекле, прозрачных экранах, линзах и прецизионных корпусах.
Основная причина кроется в оптических свойствах этих материалов. Измерение зрения основано на отражении света от поверхности для формирования чётких границ. Прозрачные поверхности пропускают большую часть света, и лишь небольшая его часть отражается обратно в камеру, что естественным образом приводит к размытию границ. Более того, проходящий свет может многократно преломляться и отражаться между поверхностями, создавая накладывающиеся друг на друга «ложные границы» на изображениях, иногда даже более выраженные, чем истинные границы, что вводит в заблуждение программное обеспечение. Полупрозрачные или матовые поверхности сильно рассеивают свет, создавая неравномерное распределение оттенков серого и приводя к сбоям в работе алгоритмов из-за шума.
Один из клиентов столкнулся с этой проблемой при измерении стеклянной покровной пластины. Независимо от настроек системы, края изображения оставались размытыми, а измеренные размеры колебались на десятки микрометров. Изначально они подозревали нестабильность оборудования. После анализа мы определили, что проблема была не в машине, а в наложении сигналов от верхней и нижней поверхностей из-за пропускания света, что мешало программному обеспечению правильно определить истинный край. Без надлежащей обработки результаты измерений не могут служить надежными эталонами процесса.
Для решения этих проблем я обычно советую клиентам предпринять несколько мер:
1. Отрегулируйте освещение. Стандартные кольцевые источники света часто неэффективны для прозрачных деталей. Я обычно рекомендую использовать подсветку. Коаксиальная подсветка позволяет визуализировать контур, создавая очень чёткие границы, и является распространённым решением для измерения прозрачных деталей. Для полупрозрачных или сильно рассеивающих материалов рассеянный свет под малым углом или комбинированное освещение могут усилить контрастность границ.
2. Временная обработка поверхности. С одобрения клиента нанесение проявителя в виде спрея или нанесение временной матовой пленки может преобразовать проходящий свет в рассеянное отражение. Один клиент, измерявший прозрачные пластиковые детали, обнаружил, что после использования смываемого спрея края изображения стали чётче, а повторяемость измерений значительно улучшилась. Эти методы требуют дополнительных этапов, поэтому клиентам необходимо взвесить преимущества и требования к производству.
3. Оптимизируйте программные алгоритмы. Измерение прозрачных деталей в значительной степени зависит от алгоритмов. Многопороговая подгонка позволяет лучше отличать истинные контуры от ложных, а фильтрация позволяет устранить нестабильные точки, вызванные оптическим шумом. В случае проблем с двойными контурами геометрические критерии могут помочь выбрать только тот контур, который соответствует технологическим требованиям. Подгонка с субпиксельным разрешением также улучшает повторяемость, даже если контуры слегка размыты.
4. Учитывайте окружающую среду и оснастку. Фон может существенно повлиять на качество изображения прозрачных деталей. Обычно я рекомендую использовать чёрный предметный столик для повышения контрастности. Оснастка не должна попадать в оптический путь, так как она может создавать дополнительные отражения и мешать определению границ.
Подводя итог, можно сказать, что основные проблемы при измерении прозрачных и полупрозрачных материалов связаны с пропусканием, преломлением и рассеянием света. Понимание этих оптических явлений в сочетании с правильным освещением, обработкой поверхности и оптимизацией алгоритмов позволяет решить большинство задач. Более чем двадцатилетний опыт показал мне, что измерение с помощью машинного зрения — это не только точность оборудования, но и глубокое понимание свойств материалов и принципов оптики. Только учитывая оба аспекта, мы можем проводить надёжные измерения прозрачных деталей с высокой точностью и согласованностью.