機(jī)械制造自動(dòng)化的機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用

支月蓉

（石家莊理工職業(yè)學(xué)院，河北 石家莊050228）

1 機(jī)器視覺技術(shù)的概念和原理

機(jī)器視覺技術(shù)其實(shí)就是一種計(jì)算機(jī)模擬人類視覺的智能監(jiān)控技術(shù)。機(jī)器視覺測(cè)試通過機(jī)器代替人體肉眼進(jìn)行測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作原理：由CCD攝像機(jī)將被攝取的目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像信號(hào)，然后傳送到圖像處理系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際像素的分布和亮度以及顏色等信息，將其轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。這種技術(shù)工作速度很快，測(cè)量的精準(zhǔn)度也非常高，而且噪聲比較小，不會(huì)產(chǎn)生聲音干擾，加上能進(jìn)行長時(shí)間持續(xù)性的工作，所以機(jī)器視覺技術(shù)耗能在各種惡劣環(huán)境下進(jìn)行高質(zhì)量和高強(qiáng)度的數(shù)據(jù)信息化處理工作。

2 機(jī)器視覺技術(shù)在工件測(cè)量中的應(yīng)用

（1）機(jī)器視覺技術(shù)在工件檢測(cè)中的應(yīng)用。在機(jī)械制造和汽車制造等行業(yè)，生產(chǎn)數(shù)量龐大、需部件成千上，而且都是機(jī)械化流水批量作業(yè)，傳統(tǒng)的檢測(cè)過程中需要大量的專職檢測(cè)人員。無論是從檢測(cè)技術(shù)人員技能、還是從人體的視覺分辨能力來看，這樣的檢測(cè)結(jié)果都會(huì)因人的因素而無法達(dá)到預(yù)期監(jiān)測(cè)目標(biāo)。而機(jī)器視覺技術(shù)能夠?qū)Σ考砻娴娜毕葸M(jìn)行精密準(zhǔn)確的探測(cè)，所以機(jī)器視覺技術(shù)在彌補(bǔ)人工檢測(cè)的各種不足的同時(shí)，還能提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和節(jié)約大量的人力資源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制。

（2）機(jī)器視覺技術(shù)在工件測(cè)量中能夠?qū)χ匾牧悴考M(jìn)行精密的有效測(cè)量。機(jī)器視覺技術(shù)的測(cè)量由檢測(cè)系統(tǒng)執(zhí)行，這個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過在需要測(cè)量的零部件上照射平行光束，然后用光學(xué)顯微鏡放大零件的邊緣輪廓，最后再用CCD攝像頭對(duì)其進(jìn)行成像處理，從而得出零件邊緣輪廓的精確位置。如果要獲取位移量，則只需要將測(cè)量的零件進(jìn)行位移后進(jìn)行第二次測(cè)量，計(jì)算出兩次結(jié)果之差。如果在測(cè)量的過程中，被測(cè)的零件的兩條邊緣輪廓線出現(xiàn)在了同一個(gè)成像中，那么這個(gè)位移量也就是被測(cè)零件的相應(yīng)尺寸了。機(jī)器視覺技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于大批量零件的生產(chǎn)檢查，尤其在對(duì)那些體積較小和形狀簡(jiǎn)單的零件進(jìn)行測(cè)量時(shí)其結(jié)果十分精確。

（3）機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)工件的預(yù)調(diào)測(cè)量。過去人們通常采用光學(xué)投影定位的方式對(duì)需要測(cè)量的零部件進(jìn)行預(yù)調(diào)測(cè)量，然后用光柵數(shù)顯表測(cè)量讀數(shù)。這種方式因其在耗費(fèi)人力資源情況下技術(shù)水平要求還較高，所以受員工技術(shù)水平的限制工作效率就會(huì)難以保障。新型預(yù)調(diào)測(cè)量儀是將機(jī)器視覺技術(shù)與傳統(tǒng)的測(cè)量方法進(jìn)行了一定整合，通過整合的這種新型的測(cè)量儀不但簡(jiǎn)化了對(duì)零部件預(yù)調(diào)測(cè)量的操作流程，而且還極大的提高了工作效率以及對(duì)工件測(cè)量的精確度。

（4）機(jī)器視覺技術(shù)在工件測(cè)量中的逆向工程中的工件測(cè)量。逆向工程通過測(cè)量儀測(cè)量的數(shù)據(jù)建立一個(gè)三維坐標(biāo)圖，然后用CAD等軟件系統(tǒng)對(duì)該圖像進(jìn)行加工處理，最后由CNC加工完成模型。數(shù)據(jù)的測(cè)量精確度決定了整個(gè)模型的質(zhì)量，所以數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確與否是逆向工程成敗的關(guān)鍵。伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)被運(yùn)用到了逆向工程工件的測(cè)量中。以快速輪廓視覺測(cè)量技術(shù)為例：這種技術(shù)以三角法為基礎(chǔ)，結(jié)合線結(jié)構(gòu)光對(duì)部件表面的輪廓進(jìn)行測(cè)量，然后在部件的表面投射平面條紋的結(jié)構(gòu)光，從而形成不同的變形條紋。CCD在進(jìn)行條紋圖像攝取時(shí)，需要經(jīng)過視頻信號(hào)到模擬信號(hào)，再到數(shù)字信號(hào)這樣的三次信號(hào)轉(zhuǎn)換處理后才能進(jìn)行保存。將存儲(chǔ)的信息輸出到監(jiān)視器中，然后用計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)對(duì)這些圖像進(jìn)行相應(yīng)的處理，就可以將部件模型圖呈現(xiàn)出來。

（5）機(jī)器視覺技術(shù)在工件磨損測(cè)量上的應(yīng)用。在實(shí)際的件磨損測(cè)量測(cè)量過程中，由于各種外在因素的限制作用，我們無法對(duì)許多工件進(jìn)行有效的磨損測(cè)量。這些限制因素，包括一些工件的測(cè)量涉及到對(duì)設(shè)備進(jìn)行拆解和工件本身的大小等。而如果用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行磨損度測(cè)量的話，不但可以彌補(bǔ)人工在這方面測(cè)量受限問題，還可以使測(cè)量結(jié)果更精確。

3 機(jī)器視覺技術(shù)在焊接機(jī)器人中的應(yīng)用

機(jī)器人焊接其實(shí)就是指利用一定的處理技術(shù)使焊機(jī)具備視覺功能，從而提高機(jī)器人焊接的整體質(zhì)量。視覺功能包括三種傳感：一維傳感、二維傳感、三維傳感。一維傳感即所謂的單光電，其實(shí)就是通過檢查組件同時(shí)為一個(gè)或多個(gè)光電接收單位；二維傳感的平面陳列成像是通過電或機(jī)械掃描來獲取的；三維傳感其實(shí)就是通過對(duì)多個(gè)一維或二維傳感進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的綜合處理。焊接工作往往危險(xiǎn)系數(shù)都比較大，如像核輻射、水下這樣的惡劣環(huán)境中都難以進(jìn)行人工作業(yè)。而機(jī)器視覺技術(shù)就不會(huì)過多的受環(huán)境因素的影響，在彌補(bǔ)人工作業(yè)的不足的同時(shí)還能確保焊接的質(zhì)量。目前，在我國一些大型企業(yè)已經(jīng)對(duì)機(jī)器視覺技術(shù)焊接機(jī)器人進(jìn)行了開發(fā)，機(jī)器視覺技術(shù)焊接機(jī)器人和傳統(tǒng)的焊接機(jī)器人相比，不論是在性能方面還是在功能方面都更為優(yōu)越、更為強(qiáng)大，應(yīng)用也更為廣泛。目前機(jī)器視覺技術(shù)焊接機(jī)器人在我國航天建設(shè)和汽車焊接工藝中的應(yīng)用都取得了巨大成效。

4 結(jié)語

機(jī)械制造業(yè)與機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用和現(xiàn)代加工業(yè)息息相關(guān)，通過分析研究可以發(fā)現(xiàn)，伴隨著機(jī)械制造行業(yè)對(duì)機(jī)器視覺技術(shù)需求的急劇增加以及其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，機(jī)器視覺技術(shù)在各種作業(yè)中的需求及技術(shù)的不斷提高，自身也得到了極大的發(fā)展。同時(shí)，機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展也會(huì)引領(lǐng)機(jī)械制造技術(shù)向智能化方向發(fā)展進(jìn)步。