簡析機器視覺技術(shù)在機械制造自動化中的應(yīng)用

楊帆　潘云峰　楊斌

摘 要：機械制造業(yè)對視覺技術(shù)需求逐漸提高，與之對應(yīng)的，對視覺技術(shù)水平要求也愈高，推動了機器視覺技術(shù)的進一步發(fā)展。機械制造業(yè)中，視頻技術(shù)以及紅外線成像技術(shù)等應(yīng)用較為廣泛，特別是一部分應(yīng)用場合對計算機視覺技術(shù)進行了重點運用，也就是說利用計算機有關(guān)的一些監(jiān)控人員來理解圖像。本文對機器視覺技術(shù)涵義作出簡單說明，并對機器視覺技術(shù)在機械制造自動化中的應(yīng)用進行了簡析。

關(guān)鍵詞：機器視覺技術(shù)；機械制造自動化；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.043

當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，促進了機械制造業(yè)技術(shù)水平的升高。同時，機器視覺技術(shù)也因此得以進一步發(fā)展。機器視覺技術(shù)能夠借由運用計算機來替代人眼進行物象的識別，并對其來進行準(zhǔn)確定位及測量等。若工作環(huán)境較為惡劣，人工監(jiān)控難控較大，則可引入機器視覺技術(shù)來進行作業(yè)。機器視覺技術(shù)的應(yīng)用可以促進工作效率的提高，在一定程度上還節(jié)約了勞動資源[1]。

1 機器視覺技術(shù)涵義

機器視覺技術(shù)這一技術(shù)主要是利用計算機在一定程度上來模仿人類視覺功能，然后提取出物象信息，并對其加以識別 及分析，從而對其進行準(zhǔn)確檢測、測量、有效監(jiān)控及定位[2]。這一視覺系統(tǒng)經(jīng)由CCD攝像機，將現(xiàn)實中物象向圖像進行轉(zhuǎn)換，且把其傳入處理系統(tǒng)，然后把圖像的一些具體信息例如色彩、分布狀況、色彩等進行分析、整合，并把信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，并對這些特征加以分析及判斷，從而把最后檢測結(jié)果輸出。指揮系統(tǒng)則按照檢測結(jié)果來執(zhí)行有關(guān)操作，從而進行實際控制，將其作為執(zhí)行指標(biāo)。該技術(shù)運行時產(chǎn)生的噪音不大，且測量數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性，作業(yè)十分靈敏且運行較為靈活，具有較長工作時間，即使環(huán)境十分惡劣也可以有效利用，具有較高的信息化處理物象信息的能力[3]。

2 機器視覺技術(shù)在機械制造自動化中的應(yīng)用

2.1 工件檢測

當(dāng)今社會，傳統(tǒng)檢測模式已經(jīng)無法適應(yīng)機械檢測的需求。過去的檢測模式中，許多檢測是以人工檢測為基礎(chǔ)的，利用其開展機械檢測在一定程度上對人力、時間進行了浪費，而且因檢測人員技術(shù)水平缺乏統(tǒng)一性，使機械設(shè)備品質(zhì)不一，無法保證質(zhì)量。人工檢測中，檢測人員工作時間長度大，極易產(chǎn)生過度疲勞，影響了視覺，無形之中讓機械設(shè)備質(zhì)量下降。為使其機械設(shè)備品質(zhì)有所保證，在機械制造中，運用機器視覺技術(shù)已經(jīng)成為必不可少的一項重要手段。

國外在諸多領(lǐng)域例如機械加工、電子生產(chǎn)及汽車制造等應(yīng)用了對機器視覺技術(shù)有所使用的激光機器視覺檢測系統(tǒng)。有很多國家加強了對這一技術(shù)的研究，結(jié)果較為理想。例如北美汽車工業(yè)研究院利用模型數(shù)據(jù)、三維成像等來識別判斷，對最佳成像點進行了準(zhǔn)確定位，可在7秒內(nèi)結(jié)束激光雷達掃描工件箱。我國研發(fā)了激光視覺檢測系統(tǒng)，采取激光技術(shù)及CCD技術(shù)當(dāng)作視覺傳感器，可對物象三圍坐標(biāo)進行準(zhǔn)確測量，在7秒內(nèi)完成對汽車車身的檢測，明顯提高了工作效率[4]。

2.2 工件測量

（1）零件的測量。檢測系統(tǒng)主要分為計算機處理系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)以及CCD攝像頭，利用其照射平行光束于需測量零件，從而提供光源，通過顯微光學(xué)鏡來將零件邊緣輪廓進行放大，從而確定零件邊緣輪廓的具有位置。如果想得到位移量，則把測量兩件位移后再測量即可，得出兩次結(jié)果之差，如果測量時，所測零件的兩條邊緣輪廓線在相同成像內(nèi)出現(xiàn)，那么這一位移量及時所測零件對應(yīng)尺寸。這一系統(tǒng)在測量檢查數(shù)目較多的生產(chǎn)零件，尤其是一些體積相對較小，形狀較為簡單的零件進行測量檢查時優(yōu)勢較為明顯。

（2）工件預(yù)調(diào)測量。在工件預(yù)調(diào)測量中，機器視覺技術(shù)作用十分明顯。新型預(yù)調(diào)測量儀器從一定意義上來說，實現(xiàn)了傳統(tǒng)預(yù)調(diào)測量儀器和當(dāng)前較為常見機器視覺技術(shù)整合，改變了原先預(yù)調(diào)測量中要求人力及水平高的缺點，促進了工作效率的提高，在一定程度上節(jié)約了人力資源，操作過程進一步簡化，和現(xiàn)代社會發(fā)展要求更為相符。

（3）逆向工程中的工件測量。當(dāng)前科技不斷發(fā)展，在逆向工程工件測量過程中，機器視覺技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，也就是快速輪廓視覺測量技術(shù)，這一技術(shù)以三角法作為建立基礎(chǔ)，通過線結(jié)構(gòu)光來對工件表面輪廓進行測量。將平面條紋結(jié)構(gòu)光投射于工件表面中，從而產(chǎn)生了不同條紋變形，分析表面輪廓變化。CCD來攝取條紋圖像時，需通過3次信號轉(zhuǎn)后才得以保存，經(jīng)由視頻信號、模擬信號、數(shù)字信號。并把存儲信息向監(jiān)視器傳輸，采取計算機處理系統(tǒng)來對圖像急性處理，從而得出工件模型圖[5]。

（4）磨損度的測量。在機械制造過程中，測量磨損度也十分關(guān)鍵。許多機械設(shè)備工件因未能對因素充分考慮使測量磨損度進展困難，例如在對切割機磨損度進行測量時，因這種機械設(shè)備攜帶有利刃，對其測量需要把有關(guān)刀具進行拆除，在一定程度上增加了測量的難度。為盡量減少出現(xiàn)這種情況，需要按照有關(guān)機械設(shè)備具體情況來選取相應(yīng)機器視覺技術(shù)來對磨損度進行測量，盡量使測量中所需考慮因素減少。

2.3 焊接機器人

機器視覺技術(shù)在焊縫跟蹤、熔池形狀、熔透控制、焊道形貌檢測以及焊道控制中應(yīng)用較多，促進了機器人焊接自動化以及智能化程度。因焊接過程較為復(fù)雜，視覺系統(tǒng)應(yīng)用具有較高造價，當(dāng)前在焊接機器人時未能得到廣泛應(yīng)用，需進行一步研究，其中在焊縫熔透控制、接頭特征識別以及焊接跟蹤等諸多方便，機器視覺技術(shù)應(yīng)用的有關(guān)研究，成效明顯。

3 結(jié)語

機器視覺技術(shù)和機械制造自動化關(guān)系密切，制造業(yè)的不斷發(fā)展，需求不斷提高，給機器視覺技術(shù)發(fā)展帶來了機遇，長此以往，機器視覺技術(shù)會從原先的采集—分析—傳遞—判斷逐漸拓展到其他更為開放領(lǐng)域。未來機械制造自動化將和機器視覺技術(shù)實現(xiàn)有機融合，且在不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)影響下，機械制造將實現(xiàn)智能化。

參考文獻：

[1]董娜.基于機器視覺技術(shù)的機械制造自動化技術(shù)應(yīng)用[J].中國科技投資，2016（16）：255.

[2]楊剛.機器視覺技術(shù)及其在機械制造自動化中的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（24）：143.

[3]夏永青.探索機器視覺技術(shù)在機械制造自動化中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（29）.

[4]李仁杰.機器視覺技術(shù)及其在機械制造自動化中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2016（12）：80.

[5]陳曉斐.機器視覺技術(shù)在機械制造自動化中的應(yīng)用分析[J].中國設(shè)備工程，2017（01）：168-169.

廣東省教育廳教學(xué)改革項目：機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)教學(xué)團隊，課題編號：171endprint