Apa itu Machine Vision?

Visi mesin menggunakan mesin untuk menggantikan mata manusia dalam pengukuran dan penilaian. Sistem visi mesin menggunakan produk visi mesin (yaitu, perangkat penangkap gambar, tersedia dalam CMOS dan CCD) untuk mengubah objek yang ditangkap menjadi sinyal gambar. Sinyal-sinyal ini kemudian ditransmisikan ke sistem pemrosesan gambar khusus, yang mengubahnya menjadi sinyal digital berdasarkan distribusi piksel, kecerahan, warna, dan informasi lainnya. Sistem gambar kemudian melakukan berbagai operasi pada sinyal-sinyal ini untuk mengekstraksi fitur target dan, berdasarkan informasi yang dihasilkan, mengendalikan pengoperasian peralatan di lokasi.

Komponen Sistem Penglihatan:

1. Sumber Penerangan

2. Lensa

3. Kamera Industri

4. Kartu Pengambilan/Pemrosesan Gambar

5. Sistem Pengolahan Gambar

6. Perangkat Eksternal Lainnya

I. Kamera

Kamera industri, juga dikenal sebagai kamera video, menawarkan stabilitas gambar yang superior, kecepatan transmisi yang tinggi, dan kekebalan interferensi yang tinggi dibandingkan dengan kamera konsumen tradisional. Saat ini, sebagian besar kamera industri di pasaran berbasis chip CCD (Charge Coupled Device) atau CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

Dari semua sensor tersebut, CCD adalah sensor gambar yang paling umum digunakan dalam visi mesin. CCD mengintegrasikan konversi fotolistrik, penyimpanan muatan, transfer muatan, dan pembacaan sinyal, menjadikannya perangkat pencitraan solid-state yang umum.

Ciri khas CCD adalah ia menggunakan muatan sebagai sinyalnya, tidak seperti perangkat lain yang menggunakan arus atau tegangan sebagai sinyalnya. Perangkat pencitraan jenis ini membentuk paket-paket muatan melalui konversi fotolistrik, yang kemudian ditransfer dan diperkuat oleh pulsa penggerak untuk menghasilkan sinyal gambar.

Kamera CCD tipikal terdiri dari lensa optik, generator sinyal pengaturan waktu dan sinkronisasi, driver vertikal, dan sirkuit pemrosesan sinyal analog/digital. Sebagai perangkat fungsional, CCD menawarkan keunggulan dibandingkan tabung vakum, seperti tidak ada luka bakar, tidak ada jeda, pengoperasian bertegangan rendah, dan konsumsi daya rendah.

Perkembangan sensor gambar CMOS pertama kali muncul pada awal tahun 1970an. Dengan kemajuan teknologi manufaktur sirkuit terpadu berskala sangat besar (VLSI) pada awal tahun 1990an, sensor gambar CMOS mengalami pertumbuhan pesat.

Sensor gambar CMOS mengintegrasikan susunan elemen fotosensitif, penguat sinyal gambar, sirkuit pembacaan sinyal, sirkuit konversi analog-ke-digital, prosesor sinyal gambar, dan pengontrol dalam satu chip. Mereka juga menawarkan keuntungan dari akses acak yang dapat diprogram ke piksel lokal. Saat ini, sensor gambar CMOS banyak digunakan dalam aplikasi resolusi tinggi dan kecepatan tinggi karena integrasinya yang sangat baik, konsumsi daya yang rendah, transmisi kecepatan tinggi, dan rentang dinamis yang lebar.

Klasifikasi:

Segala sesuatu memiliki standar klasifikasinya sendiri, dan kamera industri tidak terkecuali.

Berdasarkan jenis chip, mereka dapat dibagi menjadi kamera CCD dan kamera CMOS;

Berdasarkan karakteristik struktural sensor, mereka dapat dibagi menjadi kamera pemindai garis dan kamera pemindai area;

Berdasarkan metode pemindaian, kamera dapat dibagi menjadi kamera pemindaian interlaced dan kamera pemindaian progresif;

Berdasarkan resolusinya, kamera dapat dibagi menjadi kamera resolusi standar dan kamera resolusi tinggi;

Berdasarkan metode sinyal keluaran, kamera dapat dibagi menjadi kamera analog dan kamera digital;

Berdasarkan warna keluarannya, kamera dapat dibagi menjadi kamera monokrom (hitam putih) dan kamera berwarna;

Berdasarkan kecepatan sinyal keluaran, kamera dapat dibagi menjadi kamera kecepatan standar dan kamera kecepatan tinggi;

Berdasarkan rentang frekuensi respons, kamera dapat dibagi menjadi kamera cahaya tampak (standar), kamera inframerah, dan kamera ultraviolet, antara lain.

Perbedaan:

1. Performa stabil dan andal serta pemasangan yang mudah. ​​Struktur kamera ringkas dan tahan lama, tidak mudah rusak, serta memiliki waktu pengoperasian berkelanjutan yang panjang dan dapat digunakan di lingkungan yang keras. Kamera digital biasa tidak dapat mencapai hal ini. Misalnya, kamera digital konsumen pasti akan kesulitan jika harus beroperasi 24 jam sehari atau beberapa hari berturut-turut.

2. Kecepatan rananya sangat singkat, sehingga memungkinkannya menangkap gerakan berkecepatan tinggi. Misalnya, jika Anda menempelkan kartu nama pada bilah kipas angin yang berputar dengan kecepatan maksimum, mengatur kecepatan rana yang sesuai, dan memotret dengan kamera industri, Anda tetap dapat melihat dengan jelas jenis huruf pada kartu tersebut. Mustahil mencapai efek yang sama dengan kamera biasa.

3. Sensor gambar menggunakan pemindaian progresif, sementara kamera biasa menggunakan pemindaian interlaced. Proses produksi sensor gambar pemindaian progresif sangat kompleks, sehingga menghasilkan hasil produksi yang rendah dan volume pengiriman yang rendah. Hanya beberapa perusahaan di seluruh dunia, seperti Dalsa dan Sony, yang dapat menawarkan produk semacam itu, dan harganya pun mahal.

4. Frame rate-nya jauh lebih tinggi daripada kamera biasa. Kamera industri dapat menangkap sepuluh hingga beberapa ratus frame per detik, sementara kamera biasa hanya dapat menangkap dua atau tiga frame per detik—perbedaan yang signifikan.

5. Keluarannya berupa data mentah, seringkali dengan rentang spektral yang lebih luas, sehingga cocok untuk algoritma pemrosesan gambar berkualitas tinggi, seperti yang digunakan dalam aplikasi visi mesin. Gambar yang ditangkap oleh kamera biasa memiliki rentang spektral yang hanya cocok untuk penglihatan manusia dan dikompresi menggunakan MJPEG, sehingga menghasilkan kualitas gambar yang buruk serta analisis dan pemrosesan yang buruk.

6. Harganya lebih mahal daripada kamera standar (DSC).

Cara Memilih:

1. Pilih kamera CCD atau CMOS tergantung aplikasinya. Kamera industri CCD terutama digunakan untuk ekstraksi gambar objek bergerak, seperti dalam visi mesin untuk mesin penempatan. Namun, seiring kemajuan teknologi CMOS, banyak mesin penempatan juga mengadopsi kamera industri CMOS. Kamera industri CCD umumnya digunakan dalam solusi inspeksi visual otomatis atau industri. Kamera industri CMOS semakin populer karena biaya dan konsumsi dayanya yang rendah.

2. Saat memilih resolusi, pertimbangkan akurasi objek yang akan diamati atau diukur terlebih dahulu. Pilih resolusi berdasarkan akurasi ini. Akurasi piksel kamera = bidang pandang searah / resolusi searah kamera. Oleh karena itu, resolusi searah kamera = bidang pandang searah / akurasi teoretis. Jika bidang pandang 5 mm dan akurasi teoretis 0,02 mm, maka resolusi searah = 5 / 0,02 = 250. Namun, untuk meningkatkan stabilitas sistem, satu piksel tidak digunakan untuk mewakili satu nilai akurasi pengukuran/observasi. Umumnya, perbesaran 4 atau lebih tinggi dipilih. Oleh karena itu, kamera memerlukan resolusi sumbu tunggal 1000, sehingga 1,3 juta piksel sudah cukup.

Selanjutnya, pertimbangkan keluaran kamera industri. Resolusi tinggi sangat membantu untuk observasi stereoskopik atau analisis dan pengenalan perangkat lunak mesin. Untuk keluaran VGA atau USB, observasi pada monitor bergantung pada resolusi monitor. Bahkan kamera industri beresolusi tinggi pun tidak berguna jika resolusi monitornya tidak memadai. Resolusi tinggi juga berguna untuk penggunaan kartu memori atau pengambilan foto.

3. Pencocokan Lensa: Ukuran chip sensor harus lebih kecil dari atau sama dengan ukuran lensa, dan dudukan C atau CS juga harus kompatibel (atau adaptor dapat ditambahkan).

4. Pemilihan Frame Rate Kamera: Saat mengukur objek bergerak, pilihlah kamera industri dengan frame rate tinggi. Namun, secara umum, semakin tinggi resolusinya, semakin rendah frame rate-nya.

II. Lensa

Pengetahuan Dasar:

1. Pencocokan Lensa

Bagaimana cara memilih lensa yang tepat? Saat memilih lensa, Anda perlu memilih lensa yang sesuai dengan antarmuka kamera dan ukuran CCD. Lensa dengan dudukan C dan CS adalah yang paling umum. Kamera CS berukuran kecil untuk keamanan semakin populer, sementara industri kamera keamanan terutama menggunakan kamera C dan kombinasi lensa. Ukuran CCD yang tersedia di pasaran umumnya berkisar antara 2/3 inci hingga 1/3 inci, tergantung pada aplikasinya.

2. Dapat dipertukarkan

Lensa C-mount dapat digunakan secara bergantian dengan kamera C-mount dan CS-mount; lensa CS-mount tidak dapat digunakan dengan kamera C-mount, hanya dengan kamera CS-mount.

3. Vignetting

Ketika kamera menggunakan lensa dengan CCD kecil, area di sekitarnya yang tidak tertangkap gambar tampak hitam, suatu kondisi yang dikenal sebagai kerare.

4. Fungsi Lensa:

Desain lensa melibatkan penggilingan berbagai material dengan indeks bias berbeda menjadi permukaan lengkung presisi tinggi dan menggabungkan material-material tersebut. Prinsip dasarnya merupakan teknik umum yang telah digunakan sejak zaman Galileo. Untuk menghasilkan gambar yang lebih jernih, material baru dan lensa asferis sedang diteliti dan dikembangkan.

3. Sumber Cahaya

Sumber cahaya LED, lampu halogen (sumber cahaya serat optik), dan lampu fluoresen frekuensi tinggi. Sumber cahaya LED saat ini merupakan yang paling umum digunakan, dengan fitur-fitur utama berikut:

Mereka dapat diproduksi dalam berbagai bentuk, ukuran, dan sudut pencahayaan;

Mereka dapat diproduksi dalam berbagai warna sesuai kebutuhan, dan kecerahannya dapat disesuaikan kapan saja;

Perangkat pembuangan panas memberikan pembuangan panas yang lebih baik dan kecerahan yang lebih stabil;

Mereka memiliki masa pakai yang panjang;

Mereka merespons dengan cepat, mencapai kecerahan maksimum dalam 10 mikrodetik atau kurang;

Catu daya dilengkapi pemicu eksternal, yang memungkinkan kontrol komputer, pengaktifan cepat, dan dapat digunakan sebagai lampu strobo;

LED menawarkan biaya pengoperasian yang rendah dan umur panjang, menawarkan keuntungan yang signifikan dalam hal biaya dan kinerja keseluruhan;

Desain khusus dapat disesuaikan dengan kebutuhan pelanggan.

Sumber cahaya LED secara umum dapat dikategorikan berdasarkan bentuk:

1. Sumber Cahaya Cincin: Sumber cahaya cincin menawarkan berbagai sudut pencahayaan dan kombinasi warna, sehingga detail tiga dimensi objek menjadi lebih tajam. Sumber ini juga dilengkapi rangkaian LED berdensitas tinggi untuk kecerahan tinggi, beragam desain ringkas, dan instalasi hemat-ruang. Sumber ini juga mengatasi masalah bayangan diagonal. Diffuser opsional memberikan distribusi cahaya yang merata. Aplikasinya meliputi inspeksi substrat PCB, inspeksi komponen IC, pencahayaan mikroskop, kalibrasi LCD, inspeksi wadah plastik, dan inspeksi pencetakan sirkuit terpadu. 2. Lampu latar menggunakan rangkaian LED berdensitas tinggi untuk menghasilkan cahaya latar berintensitas tinggi, yang menyorot kontur dan fitur objek, sehingga sangat cocok untuk digunakan sebagai meja mikroskop. Lampu latar merah dan putih serbaguna, serta lampu latar merah dan biru serbaguna, dapat dikonfigurasi untuk menghasilkan warna yang berbeda guna memenuhi persyaratan multi-warna dari berbagai objek uji. Aplikasinya meliputi: pengukuran dimensi komponen mekanis, inspeksi tampilan komponen elektronik dan IC, deteksi noda film, dan deteksi goresan pada objek transparan.

3. Sumber Cahaya Batang: Sumber cahaya batang merupakan sumber cahaya pilihan untuk struktur persegi yang lebih besar. Warna dapat dikombinasikan dan disesuaikan secara bebas untuk memenuhi kebutuhan spesifik, dan sudut pencahayaan serta pemasangannya dapat disesuaikan. Aplikasinya meliputi: inspeksi permukaan logam, pemindaian gambar, deteksi retakan permukaan, dan inspeksi panel LCD.

4. Sumber Cahaya Koaksial: Sumber cahaya koaksial menghilangkan bayangan yang disebabkan oleh ketidakrataan permukaan, sehingga mengurangi interferensi. Beberapa menggunakan desain pembagi sinar untuk meminimalkan kehilangan cahaya, meningkatkan kejernihan gambar, dan memberikan pencahayaan permukaan yang seragam. Aplikasi: Rangkaian sumber cahaya ini ideal untuk inspeksi goresan pada permukaan yang sangat reflektif seperti logam, kaca, film, dan wafer; deteksi kerusakan chip dan wafer silikon; lokasi tanda; dan pengenalan kode batang kemasan.

5. Sumber cahaya khusus AOI: Pencahayaan tiga warna pada berbagai sudut menyoroti informasi tiga dimensi solder. Sebuah diffuser memandu cahaya untuk mengurangi pantulan. Tersedia berbagai kombinasi sudut. Aplikasi: Digunakan untuk inspeksi solder pada papan sirkuit.

6. Sumber cahaya integrasi sferis: Permukaan bagian dalam bola hemisferis dengan efek integrasi memantulkan cahaya yang dipancarkan dari bawah secara merata 360 derajat, memastikan pencahayaan yang merata di seluruh gambar. Aplikasi: Cocok untuk memeriksa permukaan melengkung, tidak rata, dan melengkung, serta permukaan logam dan kaca yang sangat reflektif.

7. Sumber cahaya linear: Kecerahan ultra-tinggi, menggunakan lensa silinder untuk memfokuskan cahaya, sehingga cocok untuk inspeksi berkelanjutan di berbagai lini perakitan. Aplikasi: Didedikasikan untuk penerangan kamera array dan AOI. 8. Sumber cahaya titik LED berdaya tinggi, berukuran ringkas, dan berintensitas cahaya tinggi. Ini merupakan alternatif lampu halogen serat optik, khususnya cocok sebagai sumber cahaya koaksial untuk lensa. Disipasi panasnya yang efisien memperpanjang umur sumber cahaya secara signifikan. Aplikasi: Cocok untuk digunakan dengan lensa telesentrik, inspeksi chip, penempatan tanda, serta penyelarasan wafer dan substrat kaca LCD.

9. Sumber Cahaya Batang Gabungan: Distribusi cahaya batang empat sisi, masing-masing dengan pencahayaan independen yang dapat dikontrol. Sudut pencahayaan yang dibutuhkan dapat disesuaikan dengan objek yang diuji, menawarkan berbagai macam aplikasi. Aplikasi ini meliputi inspeksi substrat CB, inspeksi komponen IC, inspeksi solder, lokasi tanda, pencahayaan mikroskop, pencahayaan kode batang kemasan, dan pencahayaan objek bulat.

10. Sumber Cahaya Penyelarasan: Penyelarasan cepat, bidang pandang lebar, presisi tinggi, ukuran ringkas untuk pemeriksaan dan integrasi yang mudah, kecerahan tinggi, dan sumber cahaya cincin tambahan opsional. Aplikasi: Sumber cahaya seri VA dirancang khusus untuk penyelarasan pada printer papan sirkuit otomatis penuh. 4. Pemilihan sumber cahaya

1. Informasi prasyarat

(1) Konten inspeksi: Inspeksi penampilan, OCR, pengukuran dimensi, pemosisian

(2) Objek

Apa yang ingin Anda lihat? (Benda asing, goresan, cacat, tanda, bentuk, dll.)

Kondisi permukaan (cermin, permukaan kasar, permukaan melengkung, permukaan datar)

Tiga dimensi? Permukaan datar?

Bahan, warna permukaan

Bidang pandang?

Dinamis atau statis (kecepatan rana kamera)

(3) Pembatasan

Jarak kerja (jarak dari bagian bawah lensa ke permukaan objek yang diukur)

Kondisi pengaturan (ukuran pencahayaan, jarak dari bagian bawah pencahayaan ke permukaan objek yang diukur, reflektif atau transmisif)

Lingkungan sekitar (suhu, cahaya eksternal yang menyimpang)

Jenis kamera: area array atau linear array

2. Pengetahuan awal yang sederhana:

(1) Karena perbedaan bahan dan ketebalan, karakteristik transmisi cahaya (transparansi) bervariasi. (2) Kemampuan cahaya menembus bahan (transmitansi) bervariasi sesuai dengan panjang gelombangnya. (3) Semakin panjang panjang gelombang cahaya, semakin kuat kemampuannya menembus bahan. Semakin pendek panjang gelombang cahaya, semakin besar laju difusinya pada permukaan bahan. (4) Iluminasi transmisi adalah metode transmisi cahaya melalui objek dan mengamati cahaya yang ditransmisikan.

3. Sumber cahaya:

Sumber cahaya yang stabil dan seragam sangatlah penting

Tujuan: Untuk membedakan objek yang diuji dari latar belakang sejelas mungkin

Saat mengambil gambar, hal terpenting adalah bagaimana memperoleh dengan jelas: perbedaan terang dan gelap antara objek yang diuji dan latar belakang

Saat ini, metode teknis yang paling banyak digunakan dalam bidang pemrosesan citra adalah pemrosesan binerisasi (putih dan hitam). Untuk menyorot titik fitur dan citra fitur, metode pencahayaan yang umum digunakan meliputi bidang terang dan bidang gelap.

Bidang terang: Gunakan cahaya langsung untuk mengamati seluruh objek (cahaya yang tersebar tampak hitam)

Medan gelap: Gunakan cahaya yang tersebar untuk mengamati seluruh objek (cahaya langsung tampak putih) Metode spesifik pemilihan sumber cahaya masih bergantung pada pengalaman praktis dalam percobaan.