機(jī)器視覺(jué)技術(shù)及其在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用分析

蘭鵬飛

[摘要]隨著機(jī)械制造業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步，其對(duì)視覺(jué)技術(shù)的需求也有了明顯的提高，從而使機(jī)器視覺(jué)技術(shù)也不得不快速發(fā)展?，F(xiàn)階段在機(jī)械制造業(yè)中，視頻技術(shù)與紅外線成像相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用已近相當(dāng)普遍，其中相對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)運(yùn)用最為廣泛，就是通過(guò)計(jì)算機(jī)相關(guān)的監(jiān)控人員對(duì)圖像進(jìn)行理解。文章主要通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的概念、在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用以及在自動(dòng)焊接機(jī)器人中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述和分析。

[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

就目前而言，人類肉眼能夠?qū)崿F(xiàn)的視覺(jué)觀察功能，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)也完全可以實(shí)現(xiàn)，甚至比人眼能夠更精確的進(jìn)行判斷和測(cè)量，對(duì)一些客觀三維世界中的目標(biāo)借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別。目前機(jī)器視覺(jué)技術(shù)就已經(jīng)有非常強(qiáng)大的性能，例如：具有非常高的測(cè)量精準(zhǔn)度以及判斷靈敏度、極快的判斷及測(cè)量速度、較強(qiáng)的抗電磁干擾能力、噪聲低等，并且還能夠處理與計(jì)算機(jī)聯(lián)動(dòng)的計(jì)算機(jī)信息數(shù)據(jù)，有效降低企業(yè)生產(chǎn)中的工作量，提高生產(chǎn)建設(shè)效率。機(jī)器視覺(jué)涉及到的行業(yè)非常廣泛，尤其在機(jī)械制造自動(dòng)化中將其利用價(jià)值最大化。

一、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的概述

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，對(duì)很多人來(lái)說(shuō)這可能是一個(gè)相對(duì)比較陌生的技術(shù)，下面將對(duì)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的概述。所謂機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，其實(shí)就是對(duì)相關(guān)的機(jī)械制造通過(guò)計(jì)算機(jī)獲取物相信息的過(guò)程，并且同時(shí)利用自身分析功能對(duì)獲取的信息進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，因此就實(shí)現(xiàn)了一項(xiàng)較為先進(jìn)的智能監(jiān)控技術(shù)。要想實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，首先應(yīng)該利用相關(guān)的CCD攝像機(jī)拍攝，再對(duì)拍攝的內(nèi)容進(jìn)行智能化處理及綜合分析，最后輸出相關(guān)的檢查結(jié)果即可。同時(shí)它還具備靈敏度高、靈活便捷、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠很好地促進(jìn)機(jī)械制造的發(fā)展。

二、在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用

首先對(duì)于相對(duì)精密的零件尺寸進(jìn)行測(cè)量。然而機(jī)器視覺(jué)重要的一個(gè)領(lǐng)域就是精密測(cè)量，其測(cè)量原理如下圖1所示。

檢測(cè)系統(tǒng)主要由光學(xué)系統(tǒng)、CCD攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)三個(gè)基本單元組成。如果對(duì)移動(dòng)物體進(jìn)行測(cè)量，對(duì)邊緣輪廓重復(fù)測(cè)量?jī)纱?，兩次測(cè)量結(jié)果之差就是位移量。當(dāng)出現(xiàn)兩條平行輪廓時(shí)，說(shuō)明兩者位置之差就是其尺寸。對(duì)形狀單一、尺寸小的物體進(jìn)行測(cè)量時(shí)上面的系統(tǒng)更能發(fā)揮其作用，尤其對(duì)批量生產(chǎn)的工件檢測(cè)更適合。例如，在對(duì)電子接插件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)就用到了該系統(tǒng)，他的生產(chǎn)速度極快，每分鐘可達(dá)數(shù)百件，而測(cè)量尺寸的級(jí)別為0.01毫米。其次是在逆向工程中的應(yīng)用。對(duì)于現(xiàn)有的工件輪廓坐標(biāo)值利用3D數(shù)字化測(cè)量?jī)x器快速準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，并且可以構(gòu)建曲面，同時(shí)轉(zhuǎn)換成而且還能夠構(gòu)建曲面并且轉(zhuǎn)換成CAD/CAM系統(tǒng)圖形，而且還可以保存，再由CAM輸送至CNC進(jìn)行加工。上述生產(chǎn)環(huán)節(jié)就是基本的逆向工程。從以上講解中我們可以發(fā)現(xiàn)對(duì)樣品三圍尺寸通過(guò)精密的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量同時(shí)獲取每個(gè)位置的數(shù)據(jù)是逆向工程最重要的環(huán)節(jié)，然后進(jìn)行曲面處理，最后加工成型。在CCD光電器件快速發(fā)展的同時(shí)，出現(xiàn)了一種對(duì)表面輪廓快速測(cè)量的技術(shù)。下圖就是對(duì)物體表面輪廓結(jié)構(gòu)通過(guò)線結(jié)構(gòu)光測(cè)量示意圖。

該測(cè)量方法的原理為：激光穿過(guò)距離相等并且平行直線振幅光柵組件，或者通過(guò)干涉儀形成干涉條紋，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的平面條紋結(jié)構(gòu)光，再將其投射在物體表面上，由于物體表面曲率和深度存在差距，條紋會(huì)發(fā)生變化，接著再對(duì)CCD攝像機(jī)拍攝變形的條紋進(jìn)行利用，就可以對(duì)物體表面的輪廓變化情況進(jìn)行分析。在圖像的拍攝過(guò)程中，先是圖像信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)化，接著再進(jìn)行轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最后圖像處理系統(tǒng)再進(jìn)行還原就形成了三位輪廓圖像。

三、在自動(dòng)焊接機(jī)器人中的應(yīng)用

首先通過(guò)對(duì)紅外攝像儀、CCD攝像機(jī)、X光探傷儀等圖像采集元件的加裝，使自動(dòng)焊接機(jī)器人具備視覺(jué)功能，從而使它能夠進(jìn)行很多高難度的焊接動(dòng)作，同時(shí)還具備視覺(jué)感知功能。例如，對(duì)于強(qiáng)弧光及飛濺干擾的情況下焊縫圖像的獲取、焊縫參數(shù)的提取以及特殊環(huán)境下如水下焊接工作，人工是很難完成的。最重要的是焊接機(jī)器人還可以保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性以及可靠性。焊接機(jī)器人的視覺(jué)傳感系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)，由三個(gè)元件組成，分別為：?jiǎn)喂恻c(diǎn)一維視覺(jué)傳感，其組件為光電接收單元；二維視覺(jué)傳感，它是由電掃描平面陣列進(jìn)行成像的；三維視覺(jué)傳感系統(tǒng)，它的組成為多個(gè)低維視覺(jué)傳感。由于焊接工藝上計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的廣泛運(yùn)用，使得熔池形狀檢測(cè)、焊道形貌檢測(cè)與控制、熔透控制、焊縫跟蹤、熔池形狀檢測(cè)等技術(shù)有了明顯的進(jìn)步，逐步實(shí)現(xiàn)了智能化與自動(dòng)化。一些先進(jìn)的制造對(duì)焊接技術(shù)要求非常嚴(yán)格，所以機(jī)器焊接還需要更快的發(fā)展，盡快解決準(zhǔn)確性、可靠性、復(fù)雜性等問(wèn)題。我國(guó)已經(jīng)對(duì)機(jī)器焊接展開(kāi)了深刻的研究，并且取得了不少成果。國(guó)外也開(kāi)發(fā)出了新型焊接機(jī)器人，并且應(yīng)用在了機(jī)車制造及航天等領(lǐng)域。相信不久的將來(lái)焊接技術(shù)將會(huì)有更廣闊的前景，為建設(shè)制造提供更大的利益。