機(jī)器視覺在光學(xué)加工檢測中的應(yīng)用

滕悅 徐少川

摘 要：伴隨著我國自動化控制的發(fā)展，機(jī)器對于視覺的處理技術(shù)日漸成熟，并隨著各個領(lǐng)域的現(xiàn)代化發(fā)展得到愈發(fā)廣泛的應(yīng)用。機(jī)器視覺系統(tǒng)主要通過對于圖像信息的處理，實(shí)現(xiàn)用機(jī)器代替人眼進(jìn)行判斷和測量。本文通過闡述機(jī)器視覺技術(shù)的具體概念，分析機(jī)器視覺在光學(xué)加工檢測中的應(yīng)用，進(jìn)一步探討機(jī)器視覺在未來光學(xué)發(fā)展中的應(yīng)用，以供讀者參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；加工檢測；圖像處理；自動化

所謂機(jī)器視覺，其主要通過利用計算機(jī)進(jìn)行人類智能行為的模擬，并且從客觀的事物圖像中進(jìn)行處理和理解，最終在檢測與控制中得到實(shí)現(xiàn)。而通過機(jī)器對所運(yùn)輸?shù)挠绊懪凶x處理，可以很大程度上節(jié)省人力資源的耗費(fèi)，也可以提升檢測與控制的精確程度。

1 機(jī)器視覺系統(tǒng)的主要組成

作為光學(xué)加工中一個較為獨(dú)特的領(lǐng)域，機(jī)器視覺是一項(xiàng)較為綜合的技術(shù)，其中包括數(shù)字圖像的處理以及光源的加工與照明、光學(xué)成像、機(jī)械控制等技術(shù)。系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制也是優(yōu)先采用CCD攝像系統(tǒng)進(jìn)行待測目標(biāo)信號的檢測，并通過A/D的轉(zhuǎn)換接口將其轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號，再依據(jù)具體的亮度差異、像素分布以及色彩的差異進(jìn)行系統(tǒng)目標(biāo)獲取特征的進(jìn)程，最后依據(jù)預(yù)設(shè)的判別標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)果的預(yù)判，進(jìn)而控制對應(yīng)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行處理。

機(jī)器視覺系統(tǒng)可以較為自動快速的進(jìn)行信息獲取和處理，這在一定程度上十分有利于光學(xué)加工領(lǐng)域中未完全自動化的問題。而系統(tǒng)通過對于拋光的區(qū)域進(jìn)行圖像的采集和處理，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)面型的對比分析之后可以很快的生成下一步的拋光路徑，并且在完成拋光加工的過程中不需要再進(jìn)行人工的干預(yù)。一方面可以提升機(jī)器視覺系統(tǒng)的拋光準(zhǔn)確度，另一方面也可以提升生產(chǎn)效率以及資源的利用率。

2 機(jī)器視覺在光學(xué)加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 工業(yè)中的機(jī)器視覺

機(jī)器的視覺系統(tǒng)和要檢測的物體之間是沒有直接接觸的，所以許多并不適合人眼直接觀測的環(huán)境十分適合機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用，其不僅僅是視覺的反饋效果，而且其具有一定的分辨精度和平衡性，處理速度也更快。而在我國的電子制造領(lǐng)域，機(jī)器視覺的主要作用是引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行高精度的定位和元件放置，也可以進(jìn)行一些器件的表層檢測。機(jī)械領(lǐng)域中的機(jī)器視覺技術(shù)主要應(yīng)用于部件的識別和檢測，通過其反饋機(jī)制來獲取高量的產(chǎn)量和成品率。食品工程領(lǐng)域的機(jī)器視覺則主要是在包裝的檢測以及分類方面大有用途，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)流程。醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域的機(jī)器視覺系統(tǒng)主要用作標(biāo)簽的識別和檢測。

2.2 光學(xué)加工檢測中的機(jī)器視覺

拋光技術(shù)是光學(xué)檢測整體流程中重要的一步，雖然其是在整體流程的最后一步進(jìn)行，但是這一步驟一旦缺失任何一小部分就可能影響整個部件的不合格，而再次的進(jìn)行更換或者制造這些部分就需要花費(fèi)較多的時間以及能源，在污染上也會產(chǎn)生更多的劑量。我國傳統(tǒng)的拋光技術(shù)在過去幾十年以內(nèi)并沒有在自動化方面有較大的突破，但是其他方面的制造工藝卻早已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動化以及技術(shù)的創(chuàng)新。因此研磨與拋光加工過程是需要人工執(zhí)行的重要方面。對于曲面進(jìn)行拋光在工業(yè)領(lǐng)域也有著重要的意義。

而隨著資源、人力和時間的消耗，當(dāng)前光學(xué)加工檢測工藝中重要的發(fā)展方面就在于環(huán)境的保護(hù)，西方學(xué)者Dieste等人研究出機(jī)器視覺系統(tǒng)技術(shù)在實(shí)際拋光流程中的應(yīng)用。機(jī)器的視覺檢測系統(tǒng)和CAD系統(tǒng)以及機(jī)器集成性是密切相關(guān)的。在一般加工中，需要準(zhǔn)備加工的部件在進(jìn)行粗加工之后可以由技術(shù)人員對于拋光區(qū)域進(jìn)行彩色的標(biāo)記，機(jī)器的視覺系統(tǒng)可以自動的獲取這部分區(qū)域。并且在完成拋光過程之后對于這些標(biāo)記區(qū)域進(jìn)行圖像的采集，對于所得到的標(biāo)記輪廓區(qū)域進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)面型的對比分析，生成相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。其中也包括下一步的拋光路徑和時間，系統(tǒng)也將會自動地進(jìn)行下一輪的拋光處理，直到檢測的區(qū)域和標(biāo)準(zhǔn)面型是一致的為止退出加工的流程，也結(jié)束了一階段的拋光處理。

而通過顏色漸進(jìn)CCD的攝像機(jī)進(jìn)行處理圖像，可以對于圖像邊緣提取的采集。圖像的邊緣提取是機(jī)器視覺系統(tǒng)中最為核心的算法，其蘊(yùn)含著大量圖像特征中的信息，也為后續(xù)擬合以及特征的劃分提供大量有意義的信息。邊緣的提取直接與機(jī)器視覺系統(tǒng)中的特征有關(guān)系，也是多種圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)。人們對其也進(jìn)行大量的研究，隨著社會的發(fā)展也提出了許多先進(jìn)的算法與技術(shù)，例如Canny算法技術(shù)、LOG算法技術(shù)以及Robert算法技術(shù)等等。這些算法可以進(jìn)一步的研究并且改進(jìn)其對于圖像處理的能力，進(jìn)而提升視覺系統(tǒng)在具體加工檢測中的應(yīng)用。

通過對于圖像信息處理技術(shù)的探索，可以在一定程度上加大機(jī)器視覺系統(tǒng)在運(yùn)用光源和鏡頭等其他技術(shù)的準(zhǔn)確性，保證使用效率。而機(jī)器視覺技術(shù)可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)光學(xué)加工檢測成品的自動化檢測，從而逐漸推動工業(yè)加工流程的具體自動化，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率，也可以提升資源的利用率，最大化加強(qiáng)對于環(huán)境的生態(tài)保護(hù)。

3 總結(jié)與展望

伴隨著近年以來對于圖像處理算法的研究，我國在光學(xué)加工檢測中的自動化檢測程度越來越高，機(jī)器的視覺技術(shù)也在多方面受到人們的重視，并且加大機(jī)器視覺技術(shù)在光學(xué)加工工藝中的發(fā)展可以提升生產(chǎn)過程中所面對的一些需要解決的問題，也可以提升檢測的準(zhǔn)確度，提升整體工作的效率；而通過機(jī)器對所運(yùn)輸?shù)挠绊懪凶x處理，可以很大程度上節(jié)省人力資源的耗費(fèi)，也可以提升檢測與控制的精確程度。本文一方面介紹了機(jī)器視覺技術(shù)的具體構(gòu)成及其中的關(guān)鍵性技術(shù)，另一方面探討了在光學(xué)加工檢測技術(shù)中的應(yīng)用，和傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程進(jìn)行對比之后筆者得出機(jī)器視覺技術(shù)在光學(xué)加工與檢測中的巨大優(yōu)勢。而當(dāng)前資源的消耗以及環(huán)境的保護(hù)逐漸成為人們對于發(fā)展所不能忽視的關(guān)鍵詞，其也體現(xiàn)在生產(chǎn)中要求技術(shù)不斷發(fā)展，從而提升資源的利用率，最大化提升生產(chǎn)效率。

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