در بسیاری از خطوط تولید، فقط تشخیص وجود یا عدم وجود یک قطعه کافی نیست و لازم است ابعاد آن نیز بررسی شود. طول یک قطعه، قطر یک سوراخ، فاصله بین دو لبه یا حتی ارتفاع یک بخش از محصول می‌تواند یکی از معیارهای مهم کنترل کیفیت باشد.بینایی ماشین این امکان را فراهم می‌کند که بسیاری از این اندازه گیریها بدون تماس با قطعه و به‌صورت خودکار انجام شوند. در این مقاله می‌خواهیم خیلی ساده با انواع اندازه گیری یک‌بعدی (1D)، دوبعدی (2D) و سه‌بعدی (3D) در سیستم‌های بینایی ماشین آشنا شویم.
اندازه گیری با بینایی ماشین چگونه انجام می‌شود؟
برای اندازه گیری یک قطعه، ابتدا دوربین از آن تصویر تهیه می‌کند. سپس نرم‌افزار پردازش تصویر ویژگی موردنظر، مانند لبه‌های قطعه، دایره‌ها یا خطوط را در تصویر پیدا کرده و فاصله یا اندازه آن‌ها را محاسبه می‌کند. برای مثال اگر بخواهیم عرض یک قطعه را اندازه بگیریم، نرم‌افزار می‌تواند لبه سمت چپ و راست آن را پیدا کند و فاصله میان این دو لبه را به دست آورد. با کالیبره کردن سیستم نیز می‌توان این مقدار را از پیکسل به واحدهای واقعی مانند میلی‌متر تبدیل کرد.
اندازه گیری یک‌بعدی یا 1D چیست؟
در اندازه‌گیری یک‌بعدی معمولاً اندازه‌گیری در امتداد یک خط انجام می‌شود. نرم‌افزار روی این خط به دنبال تغییرات تصویر و لبه‌های موردنظر می‌گردد و موقعیت آن‌ها را مشخص می‌کند. برای مثال می‌توان فاصله بین دو لبه، عرض یک شیار یا ضخامت بخشی از یک قطعه را با این روش بررسی کرد.
در نرم‌افزارهای حرفه‌ای بینایی ماشین مانند HALCON، موقعیت لبه‌ها حتی می‌تواند با دقت کسری از یک پیکسل ( Subpixel ) تعیین شود؛ یعنی محل لبه تنها به مختصات صحیح پیکسل‌ها محدود نیست و با دقت بیشتری محاسبه می‌شود.
اندازه گیری دوبعدی یا 2D چیست؟
در بسیاری از کاربردها یک اندازه‌گیری خطی کافی نیست و باید شکل هندسی قطعه نیز بررسی شود. در این شرایط از اطلاعات دوبعدی تصویر استفاده می‌کنیم. برای مثال می‌توان قطر یک سوراخ، شعاع یک دایره، زاویه بین دو خط، طول و عرض قطعه یا موقعیت اجزای مختلف نسبت به یکدیگر را اندازه گیری کرد. در این روش نرم‌افزار می‌تواند کانتور یا لبه‌های قطعه را استخراج کند و شکل‌هایی مانند خط، دایره یا بیضی را روی آن برازش دهد.
اندازه گیری سه‌بعدی یا 3D چیست؟
دوربین معمولی در یک تصویر دوبعدی اطلاعاتی درباره طول و عرض در اختیار ما قرار می‌دهد، اما در بعضی پروژه‌ها لازم است ارتفاع، عمق یا شکل سه‌بعدی سطح قطعه نیز اندازه‌گیری شود.برای این کاربردها می‌توان از روشهای بینایی سه‌بعدی استفاده کرد. برای مثال با یک سیستم سه‌بعدی می‌توان اختلاف ارتفاع بین دو سطح، حجم یک جسم یا شکل سطح یک قطعه را بررسی کرد.
تفاوت اندازه گیری 1D، 2D و 3D چیست؟
تفاوت این سه روش را می‌توان خیلی ساده بیان کرد:
1D: اندازه گیری در یک مسیر مشخص؛ مثل فاصله بین دو لبه.
2D: اندازه گیری هندسه قطعه روی تصویر؛ مثل قطر، زاویه، طول و عرض.
3D: اندازه گیری ویژگی‌هایی مانند ارتفاع، عمق و شکل سطح.
در نتیجه همیشه استفاده از روش پیچیده‌تر به معنی عملکرد بهتر نیست. اگر قرار باشد فقط عرض یک قطعه اندازه گیری شود، ممکن است یک اندازه گیری ساده 1D کاملاً پاسخگوی نیاز پروژه باشد.
کاربرد اندازه گیری با بینایی ماشین در صنعت
اندازه گیری با دوربین در صنایع مختلف کاربرد دارد. برای مثال می‌توان قطر قطعات تولیدشده، فاصله سوراخ‌ها، عرض شیار، زاویه اجزا یا ابعاد کلی محصول را مستقیماً روی خط تولید کنترل کرد.
یکی از نمونه‌های واقعی این کاربرد، اندازه گیری فاصله بین الکترودهای شمع خودرو است. در این پروژه فاصله بین دو الکترود شمع باید در محدوده مشخصی قرار داشته باشد و تغییرات بسیار کوچک آن نیز اهمیت دارد. با استفاده از دوربین صنعتی و پردازش تصویر می‌توان این فاصله را به‌صورت خودکار اندازه گیری کرد و شمع‌های خارج از محدوده را تشخیص داد.
مزیت مهم این روش آن است که اندازه گیری می‌تواند بدون تماس با محصول و هم‌زمان با حرکت خط تولید انجام شود؛ بنابراین نیازی نیست اپراتور تک‌تک قطعات را با ابزارهایی مانند کولیس، میکرومتر یا گیج بررسی کند.
برای آشنایی بیشتر با این کاربرد می‌توانید صفحه دستگاه بازرسی شمع خودرو را مشاهده کنید.
آیا اندازه گیری با دوربین همیشه دقیق است؟
خیر. صرفاً استفاده از یک دوربین به معنی داشتن یک سیستم اندازه گیری دقیق نیست. عواملی مانند رزولوشن دوربین، میدان دید، لنز، نورپردازی، کالیبراسیون سیستم و نحوه قرارگیری قطعه می‌توانند روی دقت نهایی اندازه گیری تأثیر بگذارند.
در پروژه‌هایی که دقت اندازه گیری اهمیت بالایی دارد، حتی نوع لنز نیز اهمیت زیادی پیدا می‌کند و در بعضی کاربردها از لنزهای تلسنتریک برای کاهش خطاهای اپتیکی استفاده می‌شود.
اندازه گیری ابعادی با نرم‌افزار بینایی ماشین
در یک سیستم صنعتی، دوربین فقط وظیفه ثبت تصویر را بر عهده دارد و بخش اصلی اندازه گیری در نرم‌افزار انجام می‌شود. نرم‌افزار با شناسایی لبه‌ها، خطوط، دایره‌ها و سایر ویژگی‌های هندسی، ابعاد موردنظر را محاسبه کرده و نتیجه را با محدوده مجاز مقایسه می‌کند.
در نرم‌افزارهای بینایی ماشین مانند HALCON می‌توان ابزارهای مختلف اندازه گیری را برای کنترل طول، عرض، قطر، فاصله، زاویه و موقعیت قطعات پیاده‌سازی کرد و نتیجه را برای کنترل خط تولید، ثبت اطلاعات یا ارسال فرمان به PLC استفاده کرد.
برای آشنایی بیشتر با ابزارهای اندازه گیری در HALCON، می‌توانید نرم‌افزار را نصب کرده و مثال‌های آماده آن را بررسی کنید؛ مثال‌هایی که بسیاری از کاربردهای واقعی پردازش تصویر و اندازه گیری را به‌صورت عملی نشان می‌دهند.
اگر می‌خواهید با اصول دقت اندازه گیری ، رزولوشن، کالیبراسیون و نقش لنز در بازرسی ابعادی بیشتر آشنا شوید، مقاله بازرسی ابعادی با دوربین را هم مطالعه کنید.
دوره های آموزشی