Nguyên tắc kiểm tra thị giác máy ảnh 3D là gì?

Với sự phát triển không ngừng của tự động hóa công nghiệp, các hệ thống kiểm tra trực quan hai chiều-truyền thống không còn có thể đáp ứng nhu cầu của ngành sản xuất hiện đại về-độ chính xác cao,-hiệu quả cao và tính linh hoạt cao. 3Công nghệ kiểm tra thị giác máy bằng camera D đã nổi lên như một công cụ quan trọng trong sản xuất thông minh và kiểm soát chất lượng. Vậy kiểm tra thị giác máy bằng camera 3D là gì? Nguyên lý làm việc của nó là gì? Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn một phân tích chi tiết.
1, Các khái niệm cơ bản về kiểm tra thị giác máy camera 3D
Kiểm tra thị giác máy bằng camera 3D đề cập đến phương pháp phát hiện tự động sử dụng thiết bị hình ảnh 3D (chẳng hạn như camera 3D) để thu được thông tin không gian ba chiều của các đối tượng và kết hợp các thuật toán xử lý hình ảnh để phát hiện và phân tích kích thước, hình dạng, vị trí, khuyết điểm, v.v. của đối tượng.
So với các hệ thống thị giác 2D truyền thống, thị giác 3D không chỉ có thể thu được hình ảnh phẳng của vật thể mà còn thu được thông tin chiều sâu của chúng, từ đó đạt được khả năng nhận dạng chính xác các cấu trúc phức tạp, bề mặt, chênh lệch chiều cao và các đặc điểm khác.
2, Nguyên lý hoạt động của camera 3D
Camera 3D là thiết bị cốt lõi để thực hiện kiểm tra trực quan 3D và nguyên lý hoạt động của nó chủ yếu dựa vào các công nghệ chủ đạo sau:
1. Ánh sáng có cấu trúc
Công nghệ ánh sáng có cấu trúc chiếu các mẫu ánh sáng cụ thể (như sọc hoặc chấm) lên bề mặt của vật thể và khi ánh sáng gặp các gợn sóng trên bề mặt, nó sẽ bị biến dạng. Sau khi chụp những mẫu bị biến dạng này bằng máy ảnh, thông tin độ sâu của từng pixel sẽ được tính toán thông qua các thuật toán xử lý hình ảnh để xây dựng mô hình ba chiều của đối tượng.
Ưu điểm: Độ chính xác cao, phù hợp với các tình huống tốc độ tĩnh hoặc chậm
Nhược điểm: Nhạy cảm với ánh sáng xung quanh, không thích hợp để phát hiện bề mặt phản chiếu hoặc tốc độ cao-
Ứng dụng: Phát hiện kích thước khung điện thoại di động, đo độ phẳng linh kiện điện tử, v.v.
2. Thời gian bay (ToF)
Công nghệ ToF tính toán khoảng cách giữa vật thể và camera bằng cách phát ra các xung ánh sáng hồng ngoại và đo thời gian để ánh sáng phản xạ trở lại camera. Bằng cách quét nhanh toàn bộ trường nhìn, hệ thống có thể tạo ra bản đồ độ sâu hoàn chỉnh.
Ưu điểm: Phản hồi nhanh, thích hợp cho việc phát hiện động
Nhược điểm: Độ phân giải thấp, độ chính xác bị giới hạn bởi khoảng cách
Ứng dụng: Tránh chướng ngại vật AGV, đo khối lượng bưu kiện, lái xe tự động, v.v.
3. Tầm nhìn âm thanh nổi
Mô phỏng nguyên tắc nhận thức trực quan của con người, sử dụng hai máy ảnh để chụp cùng một đối tượng từ các góc khác nhau, tính toán độ chênh lệch thông qua thuật toán đối sánh hình ảnh và từ đó tính toán tọa độ ba chiều của đối tượng.
Ưu điểm: Cấu trúc đơn giản, chi phí thấp
Nhược điểm: Yêu cầu về kết cấu cao, khó phù hợp với những vùng có kết cấu yếu
Ứng dụng: Robot nắm bắt, điều hướng ngoài trời, nhận dạng đối tượng
3, Quy trình kiểm tra trực quan 3D
Một hệ thống kiểm tra trực quan 3D hoàn chỉnh thường bao gồm các bước sau:
1. Thu nhận hình ảnh
Lấy dữ liệu hình ảnh chứa thông tin độ sâu thông qua camera 3D, chẳng hạn như bản đồ đám mây điểm, bản đồ độ sâu hoặc bản đồ thang độ xám.
2. Tiền xử lý ảnh
Thực hiện khử nhiễu, lọc, chuyển đổi tọa độ và xử lý khác trên dữ liệu thô để cải thiện tính ổn định và độ chính xác của các thuật toán tiếp theo.
3. Trích xuất và so khớp đặc trưng
Trích xuất các đặc điểm chính từ hình ảnh, chẳng hạn như các cạnh, đường viền và mặt phẳng, rồi so sánh chúng với các mô hình hoặc mẫu tiêu chuẩn để xác định các khiếm khuyết hoặc sai lệch.
4. 3D tái tạo và đo lường
Sử dụng dữ liệu đám mây điểm để xây dựng lại mô hình ba chiều của một đối tượng nhằm đo kích thước, tính toán khối lượng, phân tích hình dạng và các mục đích khác.
5. Nhận diện và phán đoán khuyết điểm
Kết hợp các thuật toán học máy hoặc học sâu để phân loại và xác định các điểm bất thường được phát hiện và đưa ra kết quả phát hiện.
4, Ưu điểm của kiểm tra trực quan 3D
So với hệ thống kiểm tra thủ công truyền thống hoặc hệ thống thị giác 2D, kiểm tra thị giác 3D có những ưu điểm đáng kể sau:
Độ chính xác cao: Nó có thể đạt được độ chính xác đo ở mức micromet hoặc thậm chí dưới milimet, đáp ứng yêu cầu sản xuất chính xác.
Khả năng thích ứng cao: có thể xử lý các hình dạng phức tạp, phản chiếu, độ trong suốt, độ tương phản thấp và các cảnh 2D khó xử lý khác.
Hiệu quả cao: Tốc độ phát hiện tự động nhanh, phù hợp với-dây chuyền sản xuất quy mô lớn.
Không tiếp xúc: tránh làm hỏng phôi và phù hợp với các sản phẩm dễ vỡ hoặc có giá trị{0}}cao.
5, Kịch bản ứng dụng điển hình
Kiểm tra trực quan 3D đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành và sau đây là một số tình huống điển hình:
Sản xuất điện tử: phát hiện mối hàn PCB, độ chính xác gắn chip, kích thước vỏ điện thoại, v.v.
Linh kiện ô tô: đo sai số kích thước và khuyết tật bề mặt của khối xi lanh động cơ, bánh răng và má phanh.
Hậu cần và kho bãi: Tự động đo khối lượng gói hàng, xác định tư thế hàng hóa và hướng dẫn AGV tránh chướng ngại vật.
Thực phẩm và Thuốc: Kiểm tra tính toàn vẹn của bao bì, độ kín của nắp chai và các khuyết tật bên ngoài của viên thuốc.
6, Xu hướng phát triển trong tương lai
Với sự tiến bộ không ngừng của trí tuệ nhân tạo, công nghệ điện toán biên và cảm biến, kiểm tra trực quan 3D đang phát triển theo hướng có độ chính xác cao hơn, tốc độ nhanh hơn và trí tuệ mạnh mẽ hơn:
Tầm nhìn AI{0}}D: Việc áp dụng thuật toán học sâu trong xử lý đám mây điểm và nhận dạng lỗi ngày càng trở nên phổ biến.
Điện toán biên: triển khai các thuật toán xử lý hình ảnh trên các thiết bị cục bộ để đạt được phản hồi mili giây.
Kết hợp nhiều cảm biến: Kết hợp nhiều cảm biến như RGB, hồng ngoại và laser để cải thiện khả năng phát hiện mạnh mẽ.
Mô-đun hóa và tiêu chuẩn hóa: Thúc đẩy việc triển khai nhanh chóng và phổ biến công nghiệp các hệ thống thị giác 3D.
7, Kết luận
Công nghệ kiểm tra thị giác máy camera 3D đang dần trở thành “con mắt thông minh” của tự động hóa công nghiệp. Nó không chỉ cải thiện độ chính xác và hiệu quả của việc phát hiện mà còn cung cấp nền tảng dữ liệu vững chắc cho sản xuất thông minh. Trong tương lai, với sự trưởng thành không ngừng của công nghệ, tầm nhìn 3D sẽ chứng tỏ tiềm năng ứng dụng mạnh mẽ của nó trong nhiều lĩnh vực hơn.