機器視覺技術及在機械制造自動化中的應用

鮑佳秀 張曉影

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

關鍵詞：機器視覺技術、機械制造、自動化、應用

1.機器視覺技術的應用原理與組成

機器視覺技術的工作系統(tǒng)比較獨特，系統(tǒng)中包括多項組成部分，如打印機、計算機、攝像分揀機構、信息顯示器等等。圖像攝取裝置可以將實物轉(zhuǎn)化為圖像，并將圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像信號，然后利用計算機進行信號的傳遞，再利用影像處理系統(tǒng)進一步處理圖像信號，根據(jù)圖像顏色、像素、對比度等差異，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，為操作者對物品的判斷和評估提供便利。

隨著現(xiàn)代科技的進步，機械設備的數(shù)量在不斷增多，且使用范圍在不斷擴大。目前，許多機械已經(jīng)能夠代替人工勞動力完成產(chǎn)品、器件的測量與加工。利用機械進行改造與生產(chǎn)，能夠在很大程度上提升生產(chǎn)效率，并且降低投入成本，從而改善制造業(yè)的經(jīng)濟效益。在生產(chǎn)流水線中，由機器進行測量、檢測等工作，即機器視覺技術。通常，制造業(yè)對產(chǎn)品有很高的要求，尤其是測量工作，往往需要精確到毫米，甚至微米。所以，人的肉眼難以滿足制造業(yè)產(chǎn)品測量對精確度的需求，需要利用計算機等現(xiàn)代化科學技術。機器視覺技術就有效解決了測量難題，不僅測量精確性上升，還能快速、高效的測量大量產(chǎn)品。此外，一些產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)境十分惡劣，不適合人工生產(chǎn)和操作。此時，可以利用機械來完成生產(chǎn)和信息的采集，機械采集信息之后，再由計算機系統(tǒng)進行處理，從而有效降低人力成本的投入。由于該技術具有便捷、高效。持久等特點，目前已經(jīng)在產(chǎn)品制造監(jiān)測、檢驗、質(zhì)量控制等環(huán)節(jié)廣泛應用。

2.機械制造自動化中的應用

機械視覺技術在機械制造自動化中的應用有很多方面，本文主要從工件監(jiān)測、工件測量以及焊接機器人三個方面對其進行分析。

2.1在工件檢測中的應用

眾所周知，與現(xiàn)代化自動監(jiān)測模式相比較，傳，統(tǒng)的檢測模式需要人工的參與，有的甚至是純手工監(jiān)測，人為的手工監(jiān)測不僅工作效率低下，浪費了大量的任人力物力，更重要的是，人為的檢測技術監(jiān)測的不準確，存在較大的誤差。此外，也沒有統(tǒng)一的標準，質(zhì)控參數(shù)得不到統(tǒng)一，進而機械設備的質(zhì)量參差不齊。值得一提的是，人為的在對工件進行監(jiān)測時，監(jiān)測質(zhì)量還受到工作時間的影響，工人在長時間的工作中會出現(xiàn)視覺疲勞的現(xiàn)象，進而影響工件的檢測質(zhì)量。

2.2工件測量

2.2.1零件的測量

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。

2.2.2工件預調(diào)測量

在工件預調(diào)測量中，機器視覺技術作用十分明顯。新型預調(diào)測量儀器從一定意義上來說，實現(xiàn)了傳統(tǒng)預調(diào)測量儀器和當前較為常見機器視覺技術整合，改變了原先預調(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。

2.2.3逆向工程中的工件測量

當前科技不斷發(fā)展，在逆向工程工件測量過程中，機器視覺技術得到了廣泛應用，也就是快速輪廓視覺測量技術，這一技術以三角法作為建立基礎，通過線結構光來對工件表面輪廓進行測量。將平面條紋結構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。

2.2.4磨損度的測量

在機械制造過程中，測量磨損度也十分關鍵。許多機械設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，因這種機械設備攜帶有利刃，對其測量需要把有關刀具進行拆除，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，需要按照有關機械設備具體情況來選取相應機器視覺技術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應用在焊接機器人當中

將機器視覺技術應用在焊接機器人當中，主要指的是通過X光的探傷儀和CCD攝像等技術讓焊機具有視覺功能，進而將焊接機器人的生產(chǎn)質(zhì)量得到有效提高。視覺功能主要包含有一維、二維以及三維這三種傳感，一維傳感其檢查組件是一個或者是多個接收光電單位，也就是單光電;而二維傳感其平面排列成像根據(jù)電或者掃描等形式得到;三維傳感是根據(jù)對一維或者是二維傳感當中的信息數(shù)據(jù)進行綜合化的處理而得到的。因為焊接工作有很大的危險性，有很多的操作并不能通過人為來進行操作，而且由于工作環(huán)境的限制，也不可能開展人工作業(yè)，比如說像水下和溶液以及核輻射的環(huán)境當中。而將機器視覺技術應用在其中就可以有效的彌補這些問題，可以對數(shù)據(jù)進行實時的提取，可以在弧光四濺的狀況下對焊縫圖像進行提取，并預測焊接的性能和構造等等，使焊接的質(zhì)量得到有效保證。

現(xiàn)在，這一技術已經(jīng)被較為廣泛的應用在熔池形狀和焊道控制等生產(chǎn)中，這樣一來有利于令焊接機器人朝著更加自動化與智能化的方向發(fā)展。但是因為焊接的整體過程比較繁雜，且造價也比較昂貴，所以在目前來看，將這一技術應用在焊接機器人當中并不能實現(xiàn)大規(guī)模的應用。對此，我們還應該對其進行深入的研究，并對該系統(tǒng)的精確性和可靠性等性能加深了解?，F(xiàn)在，相對有實力的一些企業(yè)已經(jīng)對機器視覺技術應用在焊接機器人當中進行了有效的研發(fā)，跟之前的焊接機器人相比，應用這一技術的機器人其性能更加完備，功能也比之前的更加強大，發(fā)展前景更加可觀。

2.4機器視覺系統(tǒng)與CMM的集成

由于企業(yè)對與質(zhì)量有關的數(shù)據(jù)的采集、處理和傳遞提出了更高的要求，更具柔性和自動化的CAQ（Computer Aided Quality）系統(tǒng)呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢：①在必要的情況下，CAQ系統(tǒng)可以100%地檢測產(chǎn)品，而不像現(xiàn)在普遍采用的抽樣檢測;②將檢測規(guī)劃集成到加工過程中，形成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，在檢測時確定產(chǎn)品相對于標準尺寸的偏差，并在線糾正，因此，可獲得近100%的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品;③機器視覺和先進的圖像處理技術、逆向工程技術已廣泛地應用于自動化檢測;④適用于不同產(chǎn)品結構的檢測技術可將新的產(chǎn)品技術要求直接從CAD/CAM數(shù)據(jù)庫傳輸?shù)綑z測系統(tǒng)中，不需要操作人員編制特殊的程序。

結束語：綜上所述，在機械制造業(yè)發(fā)展的過程中，其自動化、智能化的水平在不斷提升，各種現(xiàn)代化的新技術也普遍應用在該領域之中。在實際制造的過程中，為了確保產(chǎn)品的制造質(zhì)量和效率，可以積極運用機械視覺技術，通過該技術提升工件檢測、測量、焊接的質(zhì)量和效率，進而全面帶動我國機械制造業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

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