基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用研究

趙樹(shù)林+陳磊

摘要：在機(jī)械制造業(yè)中，視頻技術(shù)和紅外線成像技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，由計(jì)算機(jī)替代監(jiān)控人員進(jìn)行圖像理解已經(jīng)成為一些應(yīng)用場(chǎng)合的首選。本文介紹了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的組成，解釋并分析了它在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用，并設(shè)想其廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué)技術(shù)；機(jī)械制造自動(dòng)化；應(yīng)用

1 引言

文明的發(fā)展、科技的進(jìn)步不斷推動(dòng)著現(xiàn)代工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展步伐，工業(yè)的空前發(fā)展催生了一系列的科技創(chuàng)新，尤其是在高精尖的機(jī)械制造領(lǐng)域催生了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，以機(jī)器代替人來(lái)完成許多工作。由于機(jī)器沒(méi)有感官功能和生命實(shí)體，它能在惡劣的環(huán)境下保質(zhì)保量的完成指定工作，能夠快速?zèng)]有任何疲倦的保持高效的工作效率和工程質(zhì)量。對(duì)于自動(dòng)化程度頗高的現(xiàn)代機(jī)械制造領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)已成為生產(chǎn)制造中不可或缺的一部分，在生產(chǎn)過(guò)程的一些重要環(huán)節(jié)起著不可替代的作用，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展對(duì)機(jī)械制造自動(dòng)化領(lǐng)域具有非常重要的作用。

2 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的有關(guān)概述

2.1 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)指的是，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)人類所具有視覺(jué)功能進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)將物象信息進(jìn)行準(zhǔn)確提取、分析、測(cè)量以及監(jiān)控等一系列流程的技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)首先利用CCD對(duì)具體物象進(jìn)行轉(zhuǎn)變，使其成為相應(yīng)的圖像并輸入計(jì)算機(jī)加以處理，然后對(duì)圖像所包含相關(guān)信息進(jìn)行準(zhǔn)確分析，最后再以此為基礎(chǔ)將上述分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行輸出。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)最突出的特點(diǎn)在于效率高、測(cè)量精準(zhǔn)、噪音小、應(yīng)用靈活，同時(shí)還能夠?qū)Σ煌h(huán)境進(jìn)行及時(shí)的適應(yīng)。

2.2 工作原理和組成

視覺(jué)系統(tǒng)的輸出是通過(guò)多重運(yùn)算處理后的結(jié)果，而并不是想象的圖像視頻信號(hào)。實(shí)際上，他的測(cè)試就是利用機(jī)器來(lái)測(cè)量和判斷以替代原來(lái)眼的功能。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換的過(guò)程。圖像經(jīng)過(guò)攝取裝置的處理之后被轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，通過(guò)各種專業(yè)的處理之后被轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號(hào)。之后系統(tǒng)通過(guò)對(duì)目標(biāo)特征的提取，并且根據(jù)結(jié)果來(lái)控制設(shè)備動(dòng)作。在現(xiàn)代，依據(jù)運(yùn)行環(huán)境，它可分為pc-based和plc-based。

3 在機(jī)械制造中的應(yīng)用

3.1 在焊接機(jī)器人中的應(yīng)用

許多焊接機(jī)器人其自身和自動(dòng)焊機(jī)都有一定的視覺(jué)功能，其功能是通過(guò)借助高速攝像機(jī)等圖像傳感裝置和高效、自主的處理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。他們不僅可以完美，快速地完成焊工需要完成的任務(wù)，還有機(jī)器的自身特點(diǎn)。類似于繪制在干擾情況下的焊接圖像，預(yù)測(cè)焊接效果，在極端環(huán)境下進(jìn)行焊接工作等人無(wú)法完成的工作，他們都能很容易地完成，并能確保焊接質(zhì)量。視覺(jué)傳感在焊接中的體現(xiàn)：（1）單光點(diǎn)一維視覺(jué)傳感—以光電接受單元為檢測(cè)組件。（2）平面陣列成像式二維視覺(jué)傳感—通過(guò)機(jī)械或電掃描實(shí)現(xiàn)。（3）三維視覺(jué)傳感—通過(guò)多個(gè)低維傳感器結(jié)合實(shí)現(xiàn)。目前，該技術(shù)已在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，機(jī)器人焊接的自動(dòng)化、自主化也隨之得到提升。但由于此項(xiàng)技術(shù)過(guò)程復(fù)雜，因此在制造、調(diào)試方面仍有許多困難。而機(jī)器存在的問(wèn)題、漏洞因?yàn)樯形磸V泛應(yīng)用而未曾被人發(fā)現(xiàn)，也無(wú)法進(jìn)行改進(jìn)和完善。所以想在短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模進(jìn)行普及幾乎是不可能的任務(wù)。而在某些方面，研究已經(jīng)進(jìn)入了改善階段。如焊接參數(shù)優(yōu)化，接頭特征識(shí)別等方面。隨著焊接機(jī)器人和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的不斷發(fā)展，有許多大型企業(yè)已經(jīng)在進(jìn)行將兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合的機(jī)器人的開(kāi)發(fā)。毫無(wú)疑問(wèn)，它的工作性能會(huì)有巨大的提高。隨之而來(lái)的就是更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，和更加光明的發(fā)展前景。目前，這種機(jī)器人也在多種領(lǐng)域中得到了實(shí)際檢驗(yàn)。

3.2 應(yīng)用于器件的測(cè)量

首先就是對(duì)簡(jiǎn)單零部件的批量測(cè)量，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的處理，對(duì)零部件進(jìn)行照射，由攝像頭采集成像交由計(jì)算機(jī)處理分析，通過(guò)兩次數(shù)據(jù)的對(duì)比差值，計(jì)算出零部件的實(shí)際尺寸和形狀大小。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)體積小、線條單一的零部件的測(cè)量有著顯著的優(yōu)越性。其次是在器件的預(yù)調(diào)測(cè)量中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的預(yù)調(diào)測(cè)量是通過(guò)人工的進(jìn)行光學(xué)投影定位進(jìn)行測(cè)量，這種測(cè)量方法難度較大，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求較高，同時(shí)需要大量的人力來(lái)滿足生產(chǎn)需求。運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化制造中的預(yù)調(diào)測(cè)量，通過(guò)三角法將光線投射到零部件表面得到不同形狀的條紋從而確定零部件的外觀輪廓。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)改變了預(yù)調(diào)測(cè)量的工作方式，極大的提高了工作效率和測(cè)量精度。器件的磨損度同樣也能通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。器件的磨損程度很大程度上決定了機(jī)器的工作效率和準(zhǔn)確性。許多零部件存在特殊的環(huán)境之中，無(wú)法方便有效的測(cè)量其磨損度，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)能夠在不改變器件的工作環(huán)境和工作屬性的前提下完成對(duì)其的磨損度測(cè)量，檢查是否存在隱患問(wèn)題。

3.3 工件檢測(cè)方向

隨著社會(huì)的發(fā)展，針對(duì)工件檢測(cè)所采用的傳統(tǒng)方法已經(jīng)無(wú)法滿足行業(yè)要求，這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)檢測(cè)方法通常是以人工作為基礎(chǔ)，這不僅會(huì)浪費(fèi)大量的人力資源，還會(huì)由于工作人員綜合能力的不同，導(dǎo)致檢測(cè)成果質(zhì)量參差不齊。另外，在長(zhǎng)時(shí)間的檢測(cè)過(guò)程中，工作人員也往往會(huì)由于過(guò)度疲勞而導(dǎo)致精神難以集中，這也在很大程度上對(duì)檢測(cè)結(jié)果的精確程度產(chǎn)生了不利影響，因此，現(xiàn)階段最重要的工作就是通過(guò)對(duì)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的合理應(yīng)用，保證檢測(cè)工作的順利開(kāi)展。已經(jīng)有部分西方發(fā)達(dá)國(guó)家將機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用在了工件檢測(cè)的過(guò)程中，并將其推廣到了汽車制造、機(jī)械加工等多個(gè)領(lǐng)域。

4 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)與我們社會(huì)許多行業(yè)的發(fā)展都有聯(lián)系，尤其是制造業(yè)。不論是我們國(guó)家，還是歐美各國(guó)，制造業(yè)的發(fā)展都會(huì)促進(jìn)許多機(jī)器新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展。而機(jī)器視覺(jué)就是其中之一。因?yàn)槿祟愋枨蟮牟粩嗵岣?，機(jī)器視覺(jué)也有著從原來(lái)僅僅采集、分析等到開(kāi)放性的方向改變的趨勢(shì)。在影響機(jī)器視覺(jué)發(fā)展的眾多原因中，雖然人為、商業(yè)的影響也是十分巨大的，但制造業(yè)的發(fā)展需求是決定性的。因?yàn)樽詣?dòng)化技術(shù)和機(jī)器視覺(jué)息息相關(guān)，不可分割，因此此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展也會(huì)促進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化的成熟和完善。

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