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基于规则的尺寸测量:把像素换算成毫米的方法

公差以数字规定的检测,比起 AI 更适合用测量。本课说明如何通过标定、轮廓提取和圆拟合测量直径、厚度和圆度,以及与 AI 判定搭配使用的架构。

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本课要点
  1. 像“厚度 1.8 mm 以上”这样以数字规定标准时,基于规则的测量可解释且准确。
  2. 把像素换算成 mm 的标定值(mm/pixel)是测量精度的起点。
  3. 必须稳定地提取轮廓(模糊·形态学·Canny),并排除耳部这类凸出部位后再拟合圆,才能达到亚像素精度。
  4. 现场会同时运行 AI(外观)+ YOLO(已知缺陷)+ 尺寸(公差),相互弥补漏洞。

“外观有没有异常”,AI 能回答得很好。但“内径是否在 51.2 mm 以上”,比起 AI,用尺子量更合适。结果可以留下数字,能解释为什么判为不良,而且不需要训练数据。本课以圆形零件为例,逐步讲解从图像中测量尺寸的过程。

厚度 t内径 D耳部(ear)— 不参与圆拟合 测量项目 Inner Diameter · 内径Circumference · 周长Thickness · 厚度(多个角度的平均)Roundness · 圆度Ear Angle L·R · 耳部角度 结果示例:Dia 51.39 mm · Thickness 1.88 mm · Roundness 93.76 %
fineAi Dimensional Measurement Tool 在圆形卡箍产品上测量的项目。结果示例为实际测量界面上的数值。

1. 标定:1 个像素是多少 mm

图像中的距离以像素为单位。要换算成 mm,需要 mm/pixel 值。在相同位置拍摄已知尺寸的基准物(量块、标定板),再用实际长度除以像素数。例如 EB 产线的设置为 0.041 mm/pixel,也就是说 1 个像素的误差相当于 0.041 mm 的误差。

相机高度、镜头焦点或分辨率发生变化时,必须重新标定。换成 5MP(2448×2108)相机后,相同视野下的 mm/pixel 变小、精度提高,但数值也必须重新求取。

2. 轮廓提取:稳定地找出边界

测量归根结底就是处理边界线上的点。边界不稳定,测量值也会随之不稳定。

  1. Gaussian 模糊 — 降低噪声,消除伪边界。
  2. 二值化 — 区分零件与背景。光照不均匀时,使用按区域改变基准的自适应阈值。
  3. 形态学运算(Morphology) — 填补小孔洞并去除细小毛刺。
  4. Canny 边缘 — 把亮度急剧变化的线提取为边界。

3. 圆拟合:亚像素精度

用最小二乘法将圆拟合到边界点,数百个点相互平均,因此能以小于 1 个像素的单位求出圆心和半径。这里的关键是排除不是圆的部分。如果把卡箍耳部(ear)这类凸出部位包含进来,圆就会被拉向那一侧。Multi-Inspector EB 会排除耳部区域后再拟合圆,并以亚像素精度为目标。Hough 圆检测速度快但精度低,因此只用于界面显示。

4. 各项目测量

  • 厚度 — 在指定的角度区间内画出多条测量线,测量内外边界之间的距离。选取前 N 个并剔除异常值,避免一粒灰尘就改变厚度。
  • 圆度(Roundness) — 以比例表示轮廓与完美圆形的接近程度。变形的零件数值会下降。
  • 周长·内径 — 由拟合的圆和实际轮廓计算得出。

5. 用规则判定

在 Multi-Inspector 中,会为测量模式(circularity)添加规则。例如将 roundness, thickness, circumference 指定为规则,并设置各项目的允许范围(如圆度 0.931 以上)。超出范围时,结果中会像 NG-Dim-THICKNESS 这样记录是哪个尺寸导致不良。

与 AI 搭配使用:三重判定

Multi-Inspector EB v2.3 以三种方式同时判定同一个零件。

模式 方式 能抓到的问题
mode1 · AI 模型 对位(rotation-fix2)后进行异常检测 从未见过的外观异常
mode2 · YOLO 对位(yolo_align)后进行目标检测 已定义名称的缺陷
mode3 · 尺寸 圆拟合测量(circularity) 超出公差的尺寸

AI 不知道是否满足数字公差,测量也不知道表面的划伤。三种判定一起运行,就能相互弥补漏洞。对位后的图像只生成一次并与测量模式共用,因此即使判定增加,处理时间也不会大幅增加。