星迈科技：多相机系统 利用多台高速相机检测塑料比色皿
沈阳星迈科技有限公司表示道：比色皿是一种管状容器，具有直边和圆形或方形横截面，一端密封，由透明材料如塑料制成。这种容器用于容纳血液等样品进行光谱分析。这种容器使用模塑工艺生产，生产速度可达每秒两个零件。
在产品成型过程中，可能出现瑕疵或着色等缺陷；为了避免这些缺陷，在将产品运送给最终用户之前，必须对其进行检查。为实现这一目的，英国Envisage Systems公司开发了两套自动化系统，每套系统使用五个成像站来检测比色皿及其盖子的尺寸、颜色以及可能出现的任何瑕疵。
检测比色皿
“我们生产的比色皿具有不同的尺寸和形状，所用材料也涉及塑料、玻璃或熔融石英等多个品种。”Envisage Systems公司首席执行官Mike Phillips介绍说，“在这种情况下，需要对双腔塑料比色皿进行检查。”这些类型的比色皿允许将测试样品和试剂放入容器中，然后通过自动化仪器分析反应混合物，从而改善实验室程序的效率。
比色皿由Carclo Technical Plastics公司在注塑机中制造，由外腔和内腔构成，内腔约低1mm（见图1）。
图1：塑料比色皿是一种管状容器，由外腔和内腔构成，内腔约低1 mm。
“为了精确地检测这些零件，必须完成几项任务。”Phillips指出。首先，必须检测在比色皿的圆顶或下部可能出现的任何污染。通常，这类污染是由于在生产过程中使用的塑料颗粒中的污染或是在模塑过程中的污垢引起的，污染呈现为黑色斑点，这些污染将影响任何测试的准确性。如果这些斑点的直径大于0.2mm，或者如果检测到大量的小斑点，则该比色皿必须弃用。还必须检测零件外部的类似污染。
其次，必须测量比色皿的上腔室和下腔室之间的距离，因为如果该高度不准确，则试剂可能不能与样品正确反应。颜色也会影响使用这些比色皿进行的任何测量。
Phillips说：“如果比色皿在过高的温度下注塑成型，那么它就会变黄。”这样的比色皿也必须作废。如果注塑机被其他聚合物污染，也可能出现其他污染。这将导致比色皿呈现混浊或乳状而非透明。
图2：首先使用带有定制真空吸盘的机器人一次取出八个比色皿，并将它们放在传送带上。比色皿成对地沿着传送带行进，因此必须首先将它们分开，然后才能由五个检查站分别检查。
最后，还要检测比色皿的密封盖上的闪光。在Adept Automation Limited公司设计的输送系统中，带有定制真空吸盘的机器人，首先一次取出八个比色皿，并将它们放置在传送带上（见图2）。由于它们成对地沿着传送带行进，因此必须首先将它们分开，然后才能由五个检查站分别检查。为此，将星形轮放置在传送带线上。此星形轮将零件分开，然后它们以相等的间隔移动到600mm的旋转板上。该旋转板以每秒两个比色皿的速度，在5个成像站下传送它们（见图3）。
图3：星形轮将比色皿分开后，以相等的间隔将它们移动到600mm的旋转板上。该旋转板以每秒两个比色皿的速度，在5个成像站下传送它们。
当比色皿接近第一个成像站时，通过光电传感器触发一台Basler 1920×1200 ace相机，该相机配备Moritex的MML固定放大镜头。为了对比色皿的圆顶进行成像，将相机放置在旋转的玻璃压板下，并使用70mm×70mm的白光MDEL-CW70 LED平板灯（同样来自Moritex公司）从上方提供照明。然后，相机捕获的图像通过GigE接口传输到PCI Express多端口千兆以太网适配器，其安装在基于Intel i7的PC中。
为了处理这些图像以检测缺陷，Envisage Systems选择使用Teledyne DALSA公司的Sherlock机器视觉软件。通过该软件的图形用户界面（GUI），首先在被检查零件的图像上创建一个感兴趣区域（ROI）。创建感兴趣区域后，将图像阈值化，并使用预编程的图像分析工具分割和分析在图像内呈现为斑点的任何缺陷。如果这些缺陷的直径大于0.2mm，或者存在很多小斑点、并且它们的累计总面积超过某个阈值，那么这个比色皿就是不合格的产品。
检测完比色皿的圆顶之后，将其移动到第二个成像站。在这里，使用70mm×70mm的Moritex白光LED平板灯进行背光照明，并使用Basler ace相机进行垂直成像。接下来将捕获到的图像传输到PC，然后使用Sherlock blob分析工具，来检测比色皿是否有缺陷。
“对透明塑料或玻璃成像的一大困难是，”Envisage公司的Phillips表示，“一旦背光照射，零件的边缘在拍摄的图像中会显得很暗。因此很难看出这些区域是否存在缺陷。”
为了克服这个问题，接下来要将比色皿送到第三个成像站，在这里，一个70mm×70mm Moritex白光LED平板灯放置在零件后面偏离轴约20°的角度，使用另一台ace相机成像，相机同样离轴放置。“通过这种方式，”Phillips说，“第二和第三个成像站从两个不同角度捕获比色皿的图像，从而最大限度地减少了漏检可能存在的任何缺陷的可能性。”
感兴趣区域
在第二个和第三个成像站，还对捕获的图像进行了分析，查找是否有在注射成型工艺中引入的、导致比色皿呈现混浊或乳状而非透明的其他污染物。为了完成这项任务，在比色皿图像的顶部和中间创建了四个不同的感兴趣区域，并使用Sherlock中的颜色分析工具测量每个区域的色调。
然后比较每次测量的结果，如果它们之间存在明显差异，则该比色皿为不合格产品。完成这项检查之后，该比色皿再次在玻璃台上被转位到第四个成像站。在第四个成像站，需要测量出比色皿的内腔和外腔之间的高度差。
为了完成这项任务，再次使用70mm×70mm的白光LED平板灯，从旋转玻璃板下方提供照明。Phillips介绍说：“照明光从比色皿的内部和外部腔室中衍射出来，在生成的图像中会显示出代表内腔和外腔高度的两条不同的线条。”
通过另一台Basler ace相机捕获生成的图像，并通过GigE接口将图像数据传输到系统的主机PC。在这里，在零件的图像上创建一个感兴趣区域（ROI），并使用Teledyne DALSA的Sherlock软件中的测量工具，测量两个腔室之间的高度差。如果测量值不在给定的公差范围内，则该比色皿为不合格产品。完成这项检查后，比色皿被旋转到第五个成像站，也是最后一个检查站。
Phillips说：“如果比色皿由于在过高的温度下注塑成型而非透明，将呈现出黄色调。这样的产品是无法接受的，因为当液体样品放置在两个腔室内时，它们会影响分光光度计的测量。”为了剔除呈现黄色调的比色皿，再次使用70mm×70mm白光LED平板背光，从背面照射比色皿。在这里使用配备Kowa LM35SC35mm镜头的Basler ace彩色相机来捕获图像，然后通过GigE接口将图像传输到主机PC。
在PC中使用Sherlock中的颜色分析工具，确定比色皿的色调以及该色调是否落在给定的公差范围内。如果不满足给定条件，则该比色皿为不合格产品。
接下来，将用Sherlock计算的每个测量站的结果进行累积。如果比色皿通过任何一项检查，则该比色皿为不合格产品。为了完成这项任务，通过PC触发可编程逻辑控制器（PLC），PLC启动气动剔除机构，将不合格的比色皿吹入废品箱。类似地，合格的比色皿也通过一个气动执行器收集到合格品容器中。
密封盖的检测
除了检测比色皿本身的缺陷外，还需要利用光谱分析来检测比色皿密封盖的缺陷。为实现这一目标，Envisage Systems构建了一套单独的检测机器，其使用了四个机器视觉系统。然而，不同于检测比色皿的系统，盖子检测系统使用碗状进料器，将盖子输送到星形轮分离器上（见图4）。
图4：使用碗式进料器将盖子输送到星形轮分离器上。然后借助四个成像站检查盖子是否有污染物，并检查尺寸公差、颜色和任何闪光情况。
同样，使用四个检查站检查盖子是否有污染物，并检查尺寸公差、颜色和任何闪光情况。因为盖子包含同心环以部分隔离比色皿的腔室，所以它们必须处于特定的公差范围内。
将盖子分离后，它们经过一个检查站，使用70mm×70mm白光LED平板灯进行背光照明。在这里，使用配备远心镜头的GigE Basler ace相机对盖子进行成像，并使用Sherlock机器视觉软件工具查找可能存在的任何污染。完成这个步骤后，盖子被旋转到第二个检查站，测量盖子的两个同心环的内径和外径。
完成这项检测后，在测量色调的第三检查站中确定盖子的颜色，并查看是否存在黄色污点。最后，使用背光照明和侧面安装的Basler ace相机，检查盖子的完整性以及是否存在任何闪光的情况。
图5：为了确保客户可以看到比色皿和盖子的检查过程，Envisage Systems公司设计了一个定制的前端，以便操作员可以看到检查过程的结果。通过图形叠置提供有关被检零件的区域信息。
为了确保客户能够看到比色皿和盖子的检查过程，Envisage Systems公司使用C＃为两套机器视觉系统设计了一个独特的定制前端（见图5）。通过这种方式，操作员可以看到检查过程的结果，同时通过图形叠置在显示器上实时提供关于被检零件的区域信息。在开发了这个图形用户界面之后，该公司正在努力扩展此GUI，以便可以将其部署到其构建的其他众多机器视觉系统中。
