隨著智能機器人產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，視覺檢測機器正迸發(fā)出更加強勁的活力。

#01

什么是視覺檢測設(shè)備

視覺檢測是指通過機器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分 CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。

隨著人工智能技術(shù)的快速落地，智能機器人產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，視覺檢測機器正迸發(fā)出更加強勁的活力。

視覺檢測設(shè)備設(shè)計的典型結(jié)構(gòu)主要包括五個部分組成，分別是：照明、鏡頭、相機、圖像采集和運動控制系統(tǒng)。

#02

視覺檢測類項目經(jīng)歷哪些測試階段

1.軟件測試

聚焦功能實現(xiàn)是否與客戶需求一致，保證軟件流程的正確性，以及正確的應用邏輯關(guān)系。

通過對軟件的輸入進行控制，從而達到不同的測試結(jié)果，通過輸入輸出的差異比較測試是否正確和準確，從而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的漏洞，展開研發(fā)修改與測試驗證的循環(huán)過程。

2.硬件測試

針對硬件本身以及環(huán)境開展硬件可靠性測試，比如老化測試、兼容性測試、故障率測試等。

需要對常見的硬件配置進行測試，從而確定軟件能夠在多種硬件配置環(huán)境下運行，例如：與整機、板卡和外設(shè)的兼容性測試。

3.聯(lián)調(diào)測試

主要對軟硬件聯(lián)調(diào)功能展開測試：驗證電氣與軟件信號通訊邏輯、光源、相機等硬件觸發(fā)拍照、掃描等功能的正確性及檢出情況的統(tǒng)計等。

如遇外系統(tǒng)對接，則需要檢查各系統(tǒng)間模塊基本功能、算法檢出能力與節(jié)拍等內(nèi)容是否符合客戶預期標準。

4.模型測試

針對模型測試，重點關(guān)注模型的功能測試、性能測試、模型指標的評估及指標結(jié)果分析。

采取方法：采取A/B測試、魯棒性測試、離線測試、在線測試等手段，評估模型的可靠性及穩(wěn)定性。

離線測試/在線測試：歷史數(shù)據(jù)進行離線環(huán)境訓練與測試評估，生成離線模型版本。為確保模型服務(wù)穩(wěn)定性，需要對模型進行線上線下一致性驗證、模型線上穩(wěn)定性驗證測試。

一致性測試：使用同一批樣本分別在離線與在線環(huán)境下請求模型服務(wù)，系統(tǒng)對模型服務(wù)決策結(jié)果進行對比分析。

穩(wěn)定性測試：采用線上新樣本請求模型，根據(jù)模型的決策結(jié)果對模型進行評估。模型評估指標參考：KS、ROC等。

A/B測試：算法模型在確保穩(wěn)定性時會迭代產(chǎn)生多個版，在線服務(wù)如使用模型A進行決策，當要進行模型版本迭代時，需要在離線環(huán)境下訓練出模型B，然后將其部署到線上環(huán)境，分析在線與離線的A/B測試結(jié)果，通過轉(zhuǎn)化率等方式輔助決策使用哪個版本。

5.性能測試

軟件模擬不同用戶量開展接口的性能測試。

硬件開展連續(xù)采圖，驗證程序的穩(wěn)定性、信號通訊穩(wěn)定性、存圖邏輯正確性。

軟硬件聯(lián)調(diào)穩(wěn)定性測試：基于客戶生產(chǎn)環(huán)境部署場景，實施一定時長的負載運行，監(jiān)控分析檢測節(jié)拍及性能指標是否符合客戶預期。

#03

如何開展視覺檢測設(shè)備的測試工作？

1.產(chǎn)品需求分析

需求分析是開始測試工作的第一步，根據(jù)項目本身的需求資料輸入，測試人員需提煉出該項目的測試范圍、 功能點、業(yè)務(wù)流程、預期輸出、異常流程以及所需的時間和資源。

2.測試點拆解

測試用例是一組由前提條件、測試輸入、執(zhí)行條件以及預期結(jié)果等組成，以完成對某個特定需求或者目標測試的數(shù)據(jù)，體現(xiàn)測試方案、方法、技術(shù)和策略的文檔。

測試工程師需要針對具體項目的需求，從機械、電氣、軟件、算法等方面展開思考，設(shè)計測試用例。

3.測試執(zhí)行與缺陷管理

區(qū)分測試階段：分別執(zhí)行測試用例，運用測試工具輔助進行測試，提升測試效率，例如：相機調(diào)試工具、PLC調(diào)試軟件、數(shù)據(jù)庫工具、接口、性能測試工具等。

缺陷的定義：

（1）未達到合同或技術(shù)協(xié)議中約定的功能要求；

（2）出現(xiàn)了產(chǎn)品說明書指明不會出現(xiàn)的錯誤 ；

（3）功能超出產(chǎn)品說明書范圍 ；

（4）未達到產(chǎn)品說明書雖未指出但應達到的目標；

（5）被認為難以理解、不易操作、運行速度慢或最終用戶認為不好。測試工程師需要明確缺陷的類型、優(yōu)先級與嚴重程度，運用缺陷管理工具或缺陷清單的方式進行缺陷的記錄、反饋、驗證等工作。

4、重要檢查項的驗證

發(fā)貨前的驗證，需要關(guān)注以下幾點：

線路的安全檢查：必須先安裝地線。

視覺檢查設(shè)備工作時，存在高電壓，為了避免安全事故，在頻繁使用視覺檢查裝置的時間上，通過設(shè)置接地線，安全對策會大幅提高。

電壓的穩(wěn)定性檢查：一般工業(yè)設(shè)備工作時的電壓為220V，其中也有380V。

電壓不對稱容易對人們的工業(yè)設(shè)備造成比較嚴重的傷害，降低機械設(shè)備的使用期限。

接口檢查：例如數(shù)字量輸入和輸出，用于觸發(fā)的啟動器，與PLC的通信，機器人，線性軸，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。

調(diào)試驗證：使用少量的工件變量進行手動和自動操作的系統(tǒng)測試。

結(jié)果記錄：應詳細記錄好壞圖像以及對測試結(jié)果的評估。

#04

一套高品質(zhì)的機器視覺檢測系統(tǒng)必須具備的條件

1.高品質(zhì)的成像系統(tǒng)

成像系統(tǒng)被稱為視覺檢測設(shè)備的“眼睛”，因此“眼睛”識別能力的好壞是評價成像系統(tǒng)的最關(guān)鍵指標。通常，成像系統(tǒng)的評價指標主要體現(xiàn)在三個方面：

（1）能否發(fā)現(xiàn)存在的缺陷

基于圖像方法進行的檢測，所能夠依據(jù)的最原始也是唯一的資料即是所采到的圖像上的顏色（或者亮度變化），除此之外，沒有其他資料可供參考。

所以，一個高品質(zhì)的成像系統(tǒng)首先應該是一個能充分表現(xiàn)被檢測物表面顏色變化的成像系統(tǒng)。

因此除了選擇具有高清晰度的相機與鏡頭之外，用以營造成像環(huán)境的光照設(shè)計也顯得非常重要，有時候甚至會出現(xiàn)為特殊缺陷專門設(shè)計的光照系統(tǒng)。

經(jīng)常所說的100%質(zhì)量檢測系統(tǒng)，實際上指的是在能夠充分表現(xiàn)各種缺陷的圖像中的100%全檢。

（2）能夠發(fā)現(xiàn)的缺陷的最小尺寸

數(shù)字圖像的最小計量單位是像素（pixel），它本身并不代表被攝物實際的尺寸大小。

被攝物實際尺寸大小與像素之間的關(guān)聯(lián)是通過一個叫做分辨力的物理量來完成的。分辨力指的是每單位像素代表的實際物體尺寸。

分辨力數(shù)值越小，圖像的精細程度就越高，檢測系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)的缺陷尺寸就越小，檢測精度就越高。

（3）能否足夠快地攝取圖像

如同人眼看運動物體一樣，當物體運動的足夠快時，人眼就不能再清晰的觀察到物體的全部。

機器視覺檢測系統(tǒng)的“眼睛”攝像機也有一個拍攝速度上限，即相機主頻。

當被攝物的運行速度超出了攝像機的主頻上限時，攝像機就不能獲得清晰、完整的圖像，檢測就不能正常地繼續(xù)下去。

攝像機主頻越高，采集速度也就越快，檢測才能保持高效進行。

因此，是否采用了足夠高主頻的攝像機也是評價一個成像系統(tǒng)是否高品質(zhì)的關(guān)鍵因素。

2.成熟的圖像處理與分析算法

圖像處理與分析算法在整個檢測系統(tǒng)中相當于人工檢測時人腦的判斷思維。

由于機器視覺是一個實踐性很強的學科，評價一個算法的好壞更多的是依賴于實際應用的驗證，而非考察算法中是否采用了比較先進或高深復雜的理論。

因此一個能夠充分模擬人腦判斷過程與方法并且穩(wěn)定、高效的圖像處理與分析算法才是我們需要的，也就是所謂的成熟的處理與分析算法。

因此，在設(shè)計處理算法時，需要充分分析人的判斷過程，并將其轉(zhuǎn)換成計算機的語言。

3.可操作性好

可操作性好主要要求檢測設(shè)備的應用操作要具備簡潔、方便并易于理解的特點。比如系統(tǒng)有友好的人機交互界面、良好的導向性操作設(shè)計等。

4.穩(wěn)定的其他配套設(shè)施

其他配套設(shè)施指的是除了檢測系統(tǒng)以外的設(shè)施，如傳輸控制平臺、缺陷處理裝置（剔除、報警、標記等）。要求是必須運行穩(wěn)定、信號響應及時、迅速。

審核編輯：黃飛