淺談機(jī)器視覺技術(shù)在自動(dòng)化制造業(yè)中的應(yīng)用

吳繼方（邵陽(yáng)學(xué)院機(jī)械與能源工程系，湖南　邵陽(yáng)　422000）

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淺談機(jī)器視覺技術(shù)在自動(dòng)化制造業(yè)中的應(yīng)用

吳繼方
（邵陽(yáng)學(xué)院機(jī)械與能源工程系，湖南邵陽(yáng)422000）

摘要：隨著機(jī)械制造行業(yè)智能化和自動(dòng)化的程度也來(lái)越高，對(duì)機(jī)器視覺技術(shù)的依賴更加密切，導(dǎo)致了機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大化，對(duì)該技術(shù)的要求也更加嚴(yán)格和健全，有力的推動(dòng)了該技術(shù)的發(fā)展。本文簡(jiǎn)述了機(jī)器視覺技術(shù)，同時(shí)，從檢測(cè)、精密測(cè)量等幾方面著手，深入探討機(jī)器視覺技術(shù)在自動(dòng)化制造業(yè)中的運(yùn)用，做出詳細(xì)的科研分析，為廣大學(xué)者們對(duì)機(jī)器視覺技術(shù)的探究提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺技術(shù)；自動(dòng)化制造業(yè)；應(yīng)用

0　引言

科學(xué)技術(shù)的日夜成熟有效提高了機(jī)械制造水平，在該行業(yè)中逐漸引用紅外線成像技術(shù)和視屏技術(shù)已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，也為機(jī)器視覺技術(shù)的誕生和不斷發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，使用該技術(shù)可以取締人工對(duì)物象的識(shí)別工作，提高測(cè)量精密化程度，受環(huán)境影響顯著的工作場(chǎng)所中對(duì)物象識(shí)別實(shí)現(xiàn)人工監(jiān)控難度太高，而應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行物象識(shí)別非常便捷，也可以彌補(bǔ)人工監(jiān)控的種種缺陷，有效的提高工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)約人力資源，是目前機(jī)械制造行業(yè)中最前沿研究和探討的新技術(shù)。

1　在工件檢測(cè)中的應(yīng)用

針對(duì)零部件表面的各類缺陷，可以采用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行探測(cè)。在批量生產(chǎn)的機(jī)械行業(yè)，如機(jī)械加工、汽車制造等，用機(jī)器視覺技術(shù)代替人工會(huì)顯著地降低檢測(cè)誤差，增強(qiáng)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確率，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。連桿結(jié)合面爆口檢測(cè)作為很典型的示例，在其結(jié)合面任意方向上的線性破口長(zhǎng)度要求小于等于2mm，結(jié)合面的破口面積要求小于等于2.5mm2。假定照射形狀為方形，在工件破口區(qū)域運(yùn)用機(jī)器視覺技術(shù)，該系統(tǒng)對(duì)其破口處進(jìn)行LED漫反射照射，通過(guò)光電耦合元件CCD元件將反射圖像的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，處理系統(tǒng)對(duì)LED漫反射照射所得的圖像和轉(zhuǎn)化而成的圖像電信號(hào)進(jìn)行綜合分析計(jì)算，得出精確的測(cè)量結(jié)果。以標(biāo)準(zhǔn)工件為參照物，對(duì)其利用機(jī)械視覺技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)作為機(jī)械視覺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)灰度二值化光源和闊值進(jìn)行設(shè)定，然后開始待測(cè)工件檢測(cè)。

2　在工件測(cè)量中的應(yīng)用

（1）應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)零部件進(jìn)行精密檢測(cè)，檢測(cè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、CCD攝像頭和光學(xué)系統(tǒng)組成，其工作原理是在待測(cè)量零部件表面用平行光束進(jìn)行照射，反射光作為光源，用光學(xué)顯微鏡將零部件的輪廓進(jìn)行放大，通過(guò)CCD攝像頭成像，然后將成像數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，完成對(duì)零部件輪廓的精確定位。針對(duì)位移量的獲取，只要將檢測(cè)零部件移動(dòng)后，再重新進(jìn)行測(cè)量，兩次測(cè)量結(jié)果之差就是其位移量。被測(cè)零部件的兩條輪廓線在測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)在相同的成像之中，則該位移量就是該輪廓線的實(shí)際尺寸。應(yīng)用這個(gè)系統(tǒng)對(duì)形狀簡(jiǎn)單、體積小、成批生產(chǎn)的零件進(jìn)行檢測(cè)具有顯著的優(yōu)越性。

（2）工件的預(yù)調(diào)測(cè)量中完全可以利用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。傳統(tǒng)的工件預(yù)調(diào)測(cè)量是利用光學(xué)投影進(jìn)行定位，測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)光柵數(shù)顯表顯示，這種測(cè)量方法對(duì)人員的技術(shù)要求較高，同時(shí)需投入大量的人力，使得工作效率無(wú)法提高。新式預(yù)調(diào)測(cè)量?jī)x是在傳統(tǒng)的光柵測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)上引進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，也就是該測(cè)量?jī)x將機(jī)器視覺技術(shù)和以往的工件光柵測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了組合，打破了陳舊的工件預(yù)調(diào)測(cè)量模式，對(duì)操作流程進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)工作效率和測(cè)量精度的提高非常顯著。

（3）逆向工程中的工件測(cè)量?？焖佥喞曈X測(cè)量技術(shù)是指在逆向工程工件測(cè)量中使用機(jī)器視覺技術(shù)，以三角法為根基，應(yīng)用線結(jié)構(gòu)光對(duì)工件表面輪廓加以測(cè)量。將平面條紋結(jié)構(gòu)光投射到工件的需測(cè)表面，產(chǎn)生不同形狀的條紋，從而進(jìn)行工件表面輪廓分析。然而，在工件表面條紋圖像攝取時(shí)，CCD必須經(jīng)過(guò)視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程之后才進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。同時(shí)在監(jiān)視器中輸出相關(guān)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像處理，最后得到工件模型圖。

（4）對(duì)工件的磨損程度也能利用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量工件磨損度的時(shí)候由于存在較多的限制因素而無(wú)法進(jìn)行，比如測(cè)量高速旋轉(zhuǎn)切削刀具的磨損度時(shí)必須取下刀具，那么在這種情況下測(cè)量難度增加。因此，利用機(jī)器視覺技術(shù)測(cè)量刀具的磨損度，避免了刀具的拆裝工作，使測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)化便捷。

3　在焊接機(jī)器人中的應(yīng)用

在機(jī)械人焊接作業(yè)中應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)，其原理是通過(guò)利用X光探傷儀、紅外線攝像儀和CCD攝像機(jī)等先進(jìn)技術(shù)讓焊接設(shè)備設(shè)施擁有視覺功能，有助于提高焊接質(zhì)量。視覺功能分為一維傳感、二維傳感及三維傳感三種，一維傳感為單光電體，即其檢查組件由一個(gè)或多個(gè)光電接收單位；二維傳感是利用電或機(jī)械掃描的手段獲取平面成像；三維傳感是通過(guò)對(duì)諸多的一維或二維傳感信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理所得。在焊接施工中存在諸多的作業(yè)無(wú)法由人工完成，在部分環(huán)境中也無(wú)法用人工進(jìn)行施焊。比如存在核輻射的環(huán)境中，水下等環(huán)境中的施焊作業(yè)。在焊接領(lǐng)域利用機(jī)器視覺技術(shù)，避免了人工施焊過(guò)程中存在的各類問題，同時(shí)對(duì)焊縫熔池?cái)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)提取并進(jìn)行分析，以獲得焊縫圖像。能夠預(yù)先對(duì)焊接性能、結(jié)構(gòu)和組織進(jìn)行分析處理，保障焊接質(zhì)量。

4　結(jié)語(yǔ)

結(jié)合上述概述，隨著機(jī)械制造行業(yè)智能化和自動(dòng)化的程度也來(lái)越高，對(duì)機(jī)器視覺技術(shù)的要求也越來(lái)越高，有效的促進(jìn)了機(jī)器視覺技術(shù)的高速發(fā)展。對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究探討，已經(jīng)引起了諸國(guó)的高度重視，投入了大量的人力、物力和資金。建立在如此發(fā)展形式之下，數(shù)據(jù)采集、分析、處理和對(duì)比已不再是該技術(shù)發(fā)展終點(diǎn)，機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)該緊密結(jié)合自動(dòng)化，同時(shí)在機(jī)械制造行業(yè)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造智能化的最終發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.216

作者簡(jiǎn)介：吳繼方（1990-），男，湖南新化人，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。