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規則式尺寸量測:將像素換算成公釐的方法

公差以數字訂定的檢測,比起 AI 更適合用量測。本課說明如何透過校正、輪廓擷取與圓擬合量測直徑、厚度與真圓度,以及與 AI 判定搭配使用的架構。

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本課重點
  1. 像「厚度 1.8 mm 以上」這樣以數字訂定基準時,規則式量測可解釋且準確。
  2. 將像素換算成 mm 的校正值(mm/pixel)是量測精度的起點。
  3. 必須穩定擷取輪廓(模糊·形態學·Canny),並排除耳部這類突出部位後再擬合圓,才能達到次像素精度。
  4. 現場會同時執行 AI(外觀)+ YOLO(已知瑕疵)+ 尺寸(公差),彼此補足漏洞。

「外觀有沒有異常」,AI 能回答得很好。但「內徑是否在 51.2 mm 以上」,比起 AI,用尺來量更合適。結果可以留下數字,能解釋為何判為不良,而且不需要訓練資料。本課以圓形零件為例,逐步說明從影像量測尺寸的過程。

厚度 t內徑 D耳部(ear)— 不納入圓擬合 量測項目 Inner Diameter · 內徑Circumference · 周長Thickness · 厚度(多個角度的平均)Roundness · 真圓度Ear Angle L·R · 耳部角度 結果範例:Dia 51.39 mm · Thickness 1.88 mm · Roundness 93.76 %
fineAi Dimensional Measurement Tool 在圓形束帶產品上量測的項目。結果範例為實際量測畫面上的數值。

1. 校正:1 個像素是幾 mm

影像中的距離以像素為單位。要換算成 mm,需要 mm/pixel 值。在相同位置拍攝已知尺寸的基準物(塊規、校正板),再以實際長度除以像素數。例如 EB 產線的設定為 0.041 mm/pixel,也就是 1 個像素的誤差相當於 0.041 mm 的誤差。

相機高度、鏡頭焦距或解析度改變時,必須重新校正。換成 5MP(2448×2108)相機後,相同視野下的 mm/pixel 變小、精度提高,但數值也必須重新求得。

2. 輪廓擷取:穩定地找出邊界

量測說到底就是處理邊界線上的點。邊界不穩定,量測值也會跟著不穩定。

  1. Gaussian 模糊 — 降低雜訊,消除假邊界。
  2. 二值化 — 區分零件與背景。光源不均勻時,使用依區域改變基準的自適應閾值。
  3. 形態學運算(Morphology) — 填補小孔洞並去除細小毛刺。
  4. Canny 邊緣 — 將亮度急遽變化的線擷取為邊界。

3. 圓擬合:次像素精度

以最小平方法將圓擬合到邊界點,數百個點會互相平均,因此能以小於 1 個像素的單位求出圓心與半徑。這裡的關鍵是排除不是圓的部分。若把束帶耳部(ear)這類突出部位納入,圓就會被拉向那一側。Multi-Inspector EB 會排除耳部區域後再擬合圓,並以次像素精度為目標。Hough 圓偵測速度快但精度低,因此只用於畫面顯示。

4. 各項目量測

  • 厚度 — 在指定的角度區間內畫出多條量測線,量測內外邊界之間的距離。選取前 N 個並剔除離群值,避免一點灰塵就改變厚度。
  • 真圓度(Roundness) — 以比例表示輪廓與完美圓形的接近程度。變形的零件數值會下降。
  • 周長·內徑 — 由擬合的圓與實際輪廓計算。

5. 以規則判定

在 Multi-Inspector 中,會為量測模式(circularity)加上規則。例如將 roundness, thickness, circumference 指定為規則,並設定各項目的允許範圍(如真圓度 0.931 以上)。超出範圍時,結果會像 NG-Dim-THICKNESS 一樣記錄是哪個尺寸導致不良。

與 AI 搭配使用:三重判定

Multi-Inspector EB v2.3 以三種方式同時判定同一個零件。

模式 方式 能抓到的問題
mode1 · AI 模型 對位(rotation-fix2)後進行異常檢測 從未見過的外觀異常
mode2 · YOLO 對位(yolo_align)後進行物件偵測 已定義名稱的瑕疵
mode3 · 尺寸 圓擬合量測(circularity) 超出公差的尺寸

AI 不知道數字公差是否符合,量測也不知道表面的刮傷。三種判定一起執行,就能互相補足漏洞。對位後的影像只產生一次並與量測模式共用,因此即使判定增加,處理時間也不會大幅增加。