機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用

滕 悅，徐少川

（遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山 114000）

機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用

滕 悅，徐少川

（遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山 114000）

伴隨現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用逐漸完善，并且在多個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮較為重要的作用。機(jī)器視覺技術(shù)是通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行人體視覺的模擬，因其運(yùn)行速度快、信息量大等特點(diǎn)逐漸受到很大的關(guān)注。近年以來，機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中有著較好的發(fā)展，這對(duì)機(jī)械制造自動(dòng)化水平的提升有一定的促進(jìn)作用。

機(jī)器視覺技術(shù)；機(jī)械制造；工件檢測；逆向工程

機(jī)器視覺技術(shù)是將人類視覺模擬作為基礎(chǔ)，對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別的技術(shù)，其可以用作精密的測量，也可以在惡劣的環(huán)境中實(shí)施監(jiān)控，而在生產(chǎn)中也有實(shí)時(shí)檢測并且提升工作效率的作用。將機(jī)械制造自動(dòng)化與機(jī)器視覺技術(shù)相結(jié)合對(duì)其發(fā)展有很大的意義。

1 機(jī)器視覺技術(shù)概述

機(jī)器視覺技術(shù)作為一種利用計(jì)算機(jī)對(duì)人類視覺功能進(jìn)行模擬的技術(shù)，在實(shí)際精密性檢測及智能監(jiān)控等方面有較大的優(yōu)勢。機(jī)器視覺技術(shù)從CCD攝像技術(shù)的開發(fā)入手，將具象轉(zhuǎn)換成為圖像輸出，并且對(duì)顏色和亮度進(jìn)行綜合分析，將信息轉(zhuǎn)變成為數(shù)碼信號(hào)，并且進(jìn)一步依據(jù)特征進(jìn)行判斷。這樣，一方面可以得出檢測的結(jié)果，另一方面也可以根據(jù)檢測結(jié)果來執(zhí)行具體指標(biāo)，根據(jù)運(yùn)用結(jié)果來進(jìn)行對(duì)應(yīng)操作指示。這項(xiàng)技術(shù)有著工作迅速、運(yùn)行噪聲低以及運(yùn)用靈活的特點(diǎn)，并因工作時(shí)間較久而對(duì)環(huán)境更為適應(yīng)。

2 機(jī)器視覺技術(shù)在自動(dòng)化制造機(jī)械中的發(fā)展

2.1 機(jī)器視覺技術(shù)運(yùn)用于工件檢測

機(jī)器視覺系統(tǒng)在對(duì)部件表面存在的缺陷進(jìn)行實(shí)際探測方面有著優(yōu)勢，并且當(dāng)前我國機(jī)械加工，包括汽車制造領(lǐng)域的生產(chǎn)方式都是大批量的，因其數(shù)目大，在檢測中需要耗費(fèi)大量的人力、物力資源。而檢測人員的技術(shù)水平是不平齊的，比較容易受到自身身體因素的影響，在檢測過程中缺少較為規(guī)范的引導(dǎo)，從而致使檢測結(jié)果不夠精確，在出產(chǎn)品質(zhì)等方面也有一定影響。機(jī)器視覺系統(tǒng)可以在一定層次上彌補(bǔ)人工檢測的失誤，對(duì)部件表面的缺陷進(jìn)行檢測，也可以節(jié)省人力和物力，提高檢測精確性。這其中比較典型的就是爆口檢測，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的接合面先行長度不應(yīng)當(dāng)超過2.5 mm，機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)在工件破口的區(qū)域進(jìn)行光照反射，并適當(dāng)運(yùn)用CCD元件進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)化，處理電量信號(hào)綜合分析的數(shù)據(jù)結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用對(duì)比的形式設(shè)定一定的閾值，選取標(biāo)準(zhǔn)工件作為參照標(biāo)準(zhǔn)物，分析各種數(shù)值之后作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工件的檢測。當(dāng)前，西方國家機(jī)器視覺系統(tǒng)的整體發(fā)展涉及機(jī)械加工制造、汽車、電器等諸多領(lǐng)域，并且伴隨著當(dāng)前世界投入市場資源力度的加大，機(jī)器視覺技術(shù)逐漸取得更優(yōu)異的成效。對(duì)西方一些國家的汽車領(lǐng)域進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，總和三維成像和模型可以在很短時(shí)間內(nèi)選取成像較好的點(diǎn)并完成掃描雷達(dá)的工作。在我國所研制的激光檢測方案中，CCD技術(shù)是機(jī)器視覺系統(tǒng)中重要的實(shí)踐方案，并且能測出物體的三維坐標(biāo)，大幅提升實(shí)際的生產(chǎn)效率。

2.2 機(jī)器視覺系統(tǒng)運(yùn)用于工件的測量

2.2.1 準(zhǔn)確地測量和檢驗(yàn)機(jī)械的零部件

運(yùn)用機(jī)器視覺系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地對(duì)機(jī)械的零部件進(jìn)行測量和檢驗(yàn)，并且其檢驗(yàn)系統(tǒng)包含計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理、攝像技術(shù)和光學(xué)系統(tǒng)的處理。具體的工作原理是通過提供平行光束作為光源進(jìn)行零部件的照射，再通過顯微技術(shù)進(jìn)行輪廓的放大，進(jìn)一步運(yùn)用CCD攝像技術(shù)進(jìn)行電腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的輸入，測算出零件輪廓的具體位置。但是，若想得到位移量，更重要的是對(duì)測量零部件進(jìn)行一定的位移，并計(jì)算出結(jié)果的差值。如果測量中發(fā)現(xiàn)多個(gè)零件的輪廓出現(xiàn)在同一個(gè)像中，就可以適當(dāng)改變被測零件的尺寸，這對(duì)零件的生產(chǎn)和檢測具有十分重要的作用。

2.2.2 整體提升工件預(yù)先調(diào)配的標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)器視覺技術(shù)能夠整體提升工件預(yù)先調(diào)配的標(biāo)準(zhǔn)。我國傳統(tǒng)的調(diào)配方式是利用物理學(xué)知識(shí)進(jìn)行位置確定，從而利用光柵數(shù)值顯示讀數(shù)，而這樣的方式技術(shù)要求較高，人力耗費(fèi)較大，對(duì)工作效率的提升有困難。新型測量設(shè)備可以從根本上改善測量的方法，并且與現(xiàn)代化的技術(shù)結(jié)合，在整體項(xiàng)目工程上進(jìn)行自動(dòng)控制，一方面可以簡化操作流程，另一方面則可以提升工作效率。

2.2.3 逆向工程中工件的測量

所謂“逆向工程”，就是在使用測量儀器進(jìn)行工件測量的時(shí)候，運(yùn)用數(shù)學(xué)方式建立三維坐標(biāo)，并運(yùn)用CAD等繪圖軟件進(jìn)行圖像的處理，最終由對(duì)應(yīng)的處理機(jī)器來處理模型。其中，數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性與建模的整體特征有關(guān)，而且在逆風(fēng)項(xiàng)目的處理中，數(shù)據(jù)測量也展現(xiàn)出其重要特性。隨著我國機(jī)械自動(dòng)化進(jìn)程不斷加深，機(jī)器視覺工程在工件設(shè)計(jì)中運(yùn)用得更為廣泛，其所采用的基礎(chǔ)方法是三角建立法，通過線性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行輪廓的測量，也可以通過平行光束在工件表面投射來進(jìn)行條紋的反射。其中，CCD進(jìn)行條紋圖像攝取的時(shí)候需要3次信號(hào)轉(zhuǎn)出才能夠保存，與此同時(shí)，將信息轉(zhuǎn)移到監(jiān)視器中，在經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理之后得到工件的模擬方案。

2.2.4 在測量工件磨損度的同時(shí)進(jìn)行測量

機(jī)器視覺系統(tǒng)可以在測量工件磨損度的同時(shí)進(jìn)行測量，但是因?yàn)椴煌矫娴脑?，許多工件不能進(jìn)行磨損度的實(shí)際測量，并且在高速切割機(jī)器刀具磨損的時(shí)候需要拆卸刀具，無形之中提升了檢測的困難程度，因此可以運(yùn)用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行磨損度的測算，進(jìn)而優(yōu)化測算的進(jìn)程。

2.3 在機(jī)器人焊接中的應(yīng)用

在焊接機(jī)器人的過程中，該技術(shù)通過使用Χ光線和CCD攝像機(jī)進(jìn)行攝像，讓焊接的視覺功能更為完善，也可以整體提升機(jī)器人焊接質(zhì)量。這里所說的“視覺功能”包含多維傳感，接收一個(gè)或者多個(gè)光電單位的稱為一維傳感組件，而接收電及機(jī)械掃描的是二維傳感平面，經(jīng)過這兩者的結(jié)合可以得出三維傳感，而因?yàn)楹附庸ぷ鞅旧砭陀兄^大的危險(xiǎn)，部分操作不能人為地控制，部分工作環(huán)境也很不適合人工作業(yè)。在焊接的復(fù)雜進(jìn)程中，造價(jià)較高的機(jī)器視覺系統(tǒng)還沒有被十分廣泛地應(yīng)用，對(duì)焊接的控制及特征識(shí)別等方面的研究要更為顯著。目前，我國一些實(shí)力較為雄厚的企業(yè)已經(jīng)在進(jìn)行機(jī)器視覺技術(shù)的開發(fā)。當(dāng)前，機(jī)器視覺技術(shù)焊接機(jī)器人在航天、汽車等多個(gè)領(lǐng)域都有所涉獵，并且成效都較為不錯(cuò)。

3 結(jié)束語

機(jī)器視覺技術(shù)以人類視覺模擬為基礎(chǔ)，對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別的技術(shù)，其可以用作精密的測量，也可以在惡劣的環(huán)境中實(shí)施監(jiān)控。該技術(shù)通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行人體視覺的模擬，因其運(yùn)行速度快及信息量大等特點(diǎn)逐漸受到很大的關(guān)注。機(jī)器視覺系統(tǒng)通過準(zhǔn)確測算機(jī)械的部分零件，運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CCD攝像技術(shù)和光學(xué)系統(tǒng)處理，而且該系統(tǒng)可以在一定層次上彌補(bǔ)人工檢測的失誤，對(duì)部件表面的缺陷進(jìn)行檢測，也可以節(jié)省人力和物力，提高檢測的精確性。當(dāng)前，西方國家的機(jī)械視覺技術(shù)在機(jī)械、汽車和電器方面有著較好的運(yùn)用，更多的國家也投入其中進(jìn)行技術(shù)研究，取得較為優(yōu)異的成效。我國也已經(jīng)有實(shí)力雄厚的企業(yè)進(jìn)行機(jī)器視覺技術(shù)的開發(fā)，在航天、汽車等多個(gè)領(lǐng)域都取得較為優(yōu)異的成效。

［1］陳世豪.機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（13）：128.

［2］李仁杰.機(jī)器視覺技術(shù)及其在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2016（12）：80.

［3］楊剛.機(jī)器視覺技術(shù)及其在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用分析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（24）：143.

TH164；TP391.41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.143

2095－6835（2017）21－0143－03

〔編輯：劉曉芳〕