Xử lý ảnh 3D nâng tầm kiểm tra hình học và chất lượng sản phẩm

Ảnh 3D là gì và khác ảnh 2D như thế nào?

Hình ảnh 2D chỉ thể hiện chiều rộng và chiều cao của vật thể (dựa trên độ tương phản ánh sáng), còn ảnh 3D cung cấp thêm chiều sâu (depth), từ đó tạo ra một “bản đồ độ cao” (height map) hay mô hình thể tích đầy đủ của đối tượng.

Các hệ thống ảnh 3D thường sử dụng những công nghệ như:

• Laser triangulation (tam giác hóa laser)
• Structured light (ánh sáng có cấu trúc)
• Time-of-Flight (ToF) camera
• Stereo vision (thị giác lập thể)

Ứng dụng thực tế trong sản xuất công nghiệp

Đo kích thước hình học 3D

Các hệ thống thị giác 3D có thể đo chính xác chiều cao, thể tích, bán kính, độ cong, độ nghiêng… của chi tiết máy, linh kiện điện tử, hoặc sản phẩm thực phẩm. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành:

• Sản xuất cơ khí: kiểm tra kích thước và độ đồng đều của chi tiết đúc, tiện, phay…
• Điện tử: đo độ cao của linh kiện hàn trên bảng mạch PCB.
• Bao bì: kiểm tra độ đầy của sản phẩm đóng gói (hộp sữa, bánh, vỉ thuốc…).

Kiểm tra khuyết tật bề mặt có độ sâu

So với ảnh 2D chỉ phát hiện lỗi bề mặt (vết xước, nứt), ảnh 3D còn giúp phát hiện các lỗi có chiều sâu như:

• Móp, lõm, cong vênh nhẹ
• Lỗi lồi lõm trên bề mặt nhựa hoặc kim loại
• Vết trầy nhỏ gây biến dạng hình học
  

  Hình 1. Ảnh 3D giúp phát hiện lỗi có chiều sâu

  

  Hình 2. Ảnh 3D giúp kiểm tra lỗi lồi lõm trên bề mặt nhựa

Dẫn hướng robot (3D Guidance)

Robot cần biết chính xác vị trí không gian của đối tượng để thao tác chính xác. Hệ thống thị giác 3D cung cấp thông tin tọa độ XYZ và góc định hướng, cho phép robot:

• Gắp nhặt sản phẩm trong khay xếp chồng (bin picking)
• Canh chỉnh đầu hàn hoặc vít chính xác
• Xử lý đối tượng có hình dáng phức tạp

Lợi ích khi ứng dụng xử lý ảnh 3D

• Tăng độ chính xác kiểm tra
• Tự động hóa kiểm tra hình học phức tạp
• Tiết kiệm thời gian so với kiểm tra cơ khí thủ công
• Giảm tỷ lệ lỗi sản phẩm
• Phát hiện sớm lỗi không thể nhìn thấy bằng mắt thường

Thiết bị và phần mềm thường dùng

Một số hệ thống xử lý ảnh 3D phổ biến từ các thương hiệu nổi tiếng:

• Cognex In-Sight 3D: dòng cảm biến hình ảnh có tích hợp xử lý nội bộ
• Keyence LJ-V7000: hệ thống đo biên dạng laser tốc độ cao
• SICK Ranger3: cảm biến 3D quét đường (line scanner)
• LMI Gocator: camera 3D có độ phân giải cao, lập bản đồ độ sâu nhanh chóng

Ngoài phần cứng, phần mềm xử lý ảnh 3D đi kèm như VisionPro 3D, Halcon, hoặc Cognex Designer giúp dựng mô hình, đo lường, phân tích, tạo vùng kiểm tra, và dễ dàng tích hợp với hệ thống tự động hóa hiện tại.

Hình 3. Camera 3D dễ dàng tích hợp với hệ thống tự động hóa

Xu hướng tương lai của 3D Vision

• Kết hợp AI + 3D Vision: Trí tuệ nhân tạo giúp hệ thống học cách phát hiện lỗi phức tạp hơn mà không cần lập trình thủ công.
• Tích hợp trực tiếp vào robot và PLC
• Phổ biến trong các nhà máy thông minh (Smart Factory), công nghiệp 4.0
• Giảm chi phí thiết bị khi công nghệ ngày càng phát triển
  

  Hình 4. 3D Vision tích hợp trực tiếp vào robot và PLC

  

  Hình 5. 3D Vision phổ biến trong các nhà máy thông minh

Kết luận

Xử lý ảnh 3D không còn là công nghệ xa xỉ mà đã trở thành một công cụ thiết yếu cho các doanh nghiệp muốn nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm lỗi và cải thiện hiệu suất sản xuất. Sự khác biệt về chiều sâu, kích thước và hình học mà ảnh 3D cung cấp là không thể thay thế bằng ảnh 2D thông thường. Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, việc đầu tư vào thị giác máy 3D chính là bước đi chiến lược để nâng cao năng lực cạnh tranh và đạt được chất lượng đỉnh cao.