单镜头内孔环视检测解决方案

联合光科

  在工业生产自动化检测中，表面质量检测是产品质检的重要步骤，大多数的产品外观检测可以通过工业镜头成像+视觉AOI软件判定的方法实现，目前已经有广泛的应用案例和成熟方案可供选择。但是有一类产品的表面检测一直备受困扰，那便是空腔或瓶体内表面的质量检测。
目前业内的常规解决方案是在被检样品周围以一定视角布局3-4个相机进行取像，通过图像处理技术对多角度相机采集的图像进行识别、拼接等处理后进行判定。此方案的作业处理时间短，能满足实际生产中流水线检测的效率，但也有明显的局限性。首先是多个相机数量和严密环绕的方位布局限制了这套方案的使用场景，在很多情况下流水作业产线没有足够的空间用来布局和安装这套系统。其次多相机取像拼接对于图像处理软件的要求更高，更容易出现软件故障，系统的稳定性降低。

  如果采用最新的360°内侧环视镜头方案，凭借其优秀的光学和机械设计，仅需要用一个相机取像的简单视觉系统就能解决空腔或瓶体内表面的视觉检测难点。这套解决方案的核心是针对此类应用开发的360°内侧环视镜头。与普通工业镜头的视野角不同，360°内侧环视镜头采大单镜头内孔环视检测解决方案视场角大物方景深设计，在无需探入腔体的情况下获取清晰的内侧面和底面图像。     

图1，360°内侧环视镜头和普通镜头视场区别

镜头的规格参数如下：

光学参数类型	设计值
探测器尺寸	2/3"
像面大小（mm）	6.6
最小视场(mm x mm）	Φ10 x 6
最大视场（mm x mm）	Φ120 x 120
波长（nm）	450~650
工作距离（mm）	4~71
MTF@50lp/mm	>0.4
wF/#	8.3
光学总长（mm）	121.74
接口	C接口

视场选型表:  (r值表示传感器被孔洞内壁图像占据的比例)

孔洞直径（mm）	腔体高度（mm）	r%	工作距离（mm）
10	6	22.4%	4
15	8.5	22.8%	7
20	13	26.8%	10
25	18	25.5%	13.5
30	22	26.2%	16
40	31	27%	22.5
50	40	27.7%	28.5
60	50	28.2%	34.5
70	60	28.8%	40.5
80	75	30%	46.5
100	97	30.5%	59.5
120	120	31%	71

此优化方案在工业自动化检测中的典型布局如下：

在配合光源的情况下，一般采用垂直布局，相机获取的图像中心为腔体底部图像，周围一圈为内壁图像，可以看作是将内腔掰开平铺的画面。经过数据处理的图像可以将360°侧壁成矩形展示，以方便图像识别软件计算判定。

图2 系统布局

图3 相机获取的图像

图4，经过处理的图像

我们在360°环视镜头应用方面有着丰富的检测经验，有外侧360°环视镜头产品，应用于立方体及圆柱体产品的外表面检测，新推出的内侧360°环视镜头产品可应用于孔洞、腔体、容器、瓶子和内螺纹产品的内表面检测，也可定制各种特种镜头。相比传统的多相机取像拼图环视检测方案，我们提供的方案可以大大简化视觉系统的布局，缩小了设备安装空间，也大大降低了图像处理难度，提高了检测系统的稳定性。