穆臨平/山西太原理工大學(xué)
機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用研究
穆臨平/山西太原理工大學(xué)
生產(chǎn)科技的不斷進(jìn)步促使著我國機(jī)械制造行業(yè)整體水平的提升,特別是機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用,在很大程度上提高了機(jī)械制造的生產(chǎn)效率。該技術(shù)的核心原理即為視頻影像以及應(yīng)用型紅外線成像技術(shù)基于此,本文針對(duì)機(jī)器視覺技術(shù)展開了探討,并分析了該技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化的相關(guān)生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中的應(yīng)用。
機(jī)器視覺技術(shù);機(jī)械制造;自動(dòng)化技術(shù);應(yīng)用
當(dāng)前我國的機(jī)械制造業(yè)正式進(jìn)入工業(yè)4.0階段,已經(jīng)在逐步向全面自動(dòng)化生產(chǎn)方向發(fā)展,但同時(shí)許多機(jī)械對(duì)于零部件規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的要求也有顯著提高,部分零部件的加工生產(chǎn)必須由機(jī)器代替,這就要求企業(yè)能夠?qū)C(jī)器視覺技術(shù)成熟運(yùn)用。,通過總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)可以發(fā)現(xiàn),科學(xué)合理地運(yùn)用機(jī)器視覺技術(shù),既能夠大幅減少勞動(dòng)力資源的浪費(fèi),還可以明顯提高機(jī)械生產(chǎn)的工作效率,為國內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)提供強(qiáng)有力的保障。
機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)質(zhì)是指通過機(jī)器代替人眼對(duì)零部件或其他工件進(jìn)行判斷測量的技術(shù),即借助計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)工件進(jìn)行三維立體的測量識(shí)別,將以往的工件實(shí)體處理轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像、視頻等視覺感官信息處理。該技術(shù)特點(diǎn)鮮明:靈敏度高、速度快、精準(zhǔn)度高,并且噪音較小、抗電磁能力強(qiáng),十分便于應(yīng)用在自動(dòng)化制造技術(shù)當(dāng)中,在一定程度上解放了勞動(dòng)生產(chǎn)力,并且大幅度提高了生產(chǎn)制造效率,在目前國內(nèi)機(jī)械加工制造行業(yè)內(nèi)部應(yīng)用相當(dāng)廣泛,比如在部件實(shí)時(shí)監(jiān)控、工件非接觸測量以及檢測圖像采集等方面。當(dāng)前該技術(shù)已經(jīng)趨于成熟,并且逐步發(fā)展為現(xiàn)代測量測試的核心技術(shù),對(duì)機(jī)械制造加工有著非常重要的作用。
機(jī)器視覺技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中擁有特定的工作系統(tǒng),其系統(tǒng)包括光源、攝像分揀機(jī)構(gòu)、圖像采集裝置、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、信息顯示器、傳送器以及光敏傳感器八個(gè)部分構(gòu)成。該系統(tǒng)在實(shí)際工作中,將圖像攝取裝置采集到的波信號(hào)經(jīng)過數(shù)字處理轉(zhuǎn)化為圖像信號(hào),然后經(jīng)過計(jì)算機(jī)傳遞處理,借助專業(yè)的影像處理系統(tǒng)對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理,根據(jù)像素、顏色及亮度對(duì)比度分布的差異,最終將其轉(zhuǎn)化為直觀的數(shù)字信號(hào),以便相關(guān)工作者對(duì)其進(jìn)行判斷評(píng)估。
機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)當(dāng)中應(yīng)用最廣泛的就是關(guān)于零部件尺寸規(guī)格的精密測量,效果明顯并且效率較高。機(jī)器視覺技術(shù)在精密測量零部件時(shí),采集影像步驟涉及到光源、被測零部件、顯微攝像裝置、CCD成像系統(tǒng)以及攝像機(jī)等部分,整個(gè)測量系統(tǒng)又可劃分為攝像裝置、光學(xué)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。測量時(shí),光源打出的平行光線在被測零部件處反射,其輪廓邊緣透過顯微攝像裝置進(jìn)入CCD成像系統(tǒng),從而經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理,在攝像機(jī)內(nèi)部形成直觀圖像,即為被測零部件的邊緣輪廓圖像。經(jīng)過反復(fù)測量比對(duì),就可以發(fā)現(xiàn)零部件之間的相對(duì)移動(dòng),然后借助計(jì)算機(jī)對(duì)其相對(duì)位移做數(shù)字化處理,得出位移差進(jìn)而解決工件間相對(duì)位移的問題。
機(jī)器視覺的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域就是進(jìn)行精密測量。主要組成原件是ccd攝像頭,處理系統(tǒng),光學(xué)系統(tǒng)。其原理為:平行光從光源發(fā)出并照射到檢測部位,在面陣ccd像面上,可以得到輪廓成的像。之后輪廓位置就會(huì)在計(jì)算機(jī)的處理面板中得到顯示。若有位移產(chǎn)生,則再次測量。于是兩次的差值就是所希望得到的結(jié)果。很明顯,如果在一幅圖像內(nèi)可以得到兩條平行的輪廓邊緣,則尺寸即為兩者位置的差值。對(duì)于數(shù)量大,尺寸小的工件,更能顯示出其優(yōu)點(diǎn)。
所謂逆向工程就是對(duì)一個(gè)工件,利用各種數(shù)字測量儀測量出輪廓坐標(biāo),并通過一系列的處理后,利用cnc加工機(jī)制制作所需的樣品模型。由此可知,快速、高效地測量樣品輪廓是首先需要解決的問題。而因?yàn)閏cd光電器件的發(fā)展,快速輪廓視覺技術(shù)也隨之產(chǎn)生。它是以三角法為基礎(chǔ),使用線結(jié)構(gòu)光來測量的一種新式方法。
在測量時(shí),因?yàn)椴煌ぜ淖陨硖攸c(diǎn)和特殊性,往往會(huì)受到多方面的因素限制。例如當(dāng)工件形狀奇特或發(fā)生形變,想精準(zhǔn)測量就有許多困難。在工程上,一些裝載于大型機(jī)器上的小部件經(jīng)常受到磨損,想測量的話,只能將其卸下,然后人工進(jìn)行。這無疑增大了工作量。于是人們自然想到利用機(jī)器視覺來進(jìn)行測量,不僅精準(zhǔn)而且方便。2002年,在文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,逐一進(jìn)行了對(duì)誤差分析的實(shí)驗(yàn),提高了系統(tǒng)的可用性。除此之外,計(jì)算磨損度方法的理論的提高,簡化了處理過程。
機(jī)器視覺技術(shù)具有靈敏度高、精準(zhǔn)度高的特點(diǎn),因此在零部件精準(zhǔn)測量方面的應(yīng)用極為廣泛,比如可以應(yīng)用在工業(yè)電路板的檢測工作中,提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性,對(duì)不符合產(chǎn)品規(guī)格的電路板進(jìn)行修改或者淘汰,進(jìn)而使工業(yè)電路板的質(zhì)量得到保障。利用機(jī)器視覺技術(shù)檢測工業(yè)電路板可以保證工業(yè)電路板的質(zhì)量,減小傳統(tǒng)人工檢測給產(chǎn)品質(zhì)量帶來的質(zhì)量缺陷,進(jìn)而促進(jìn)工業(yè)電路板檢測工作更加專業(yè)化、規(guī)范化。機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)電路板檢測中應(yīng)用的最顯著的專業(yè)性優(yōu)勢(shì)就是利用該技術(shù)可以對(duì)被測部件進(jìn)行全方位掃描檢測,從而了解電路板表面區(qū)域線路連接的情況甚至更細(xì)小的部位信息。對(duì)電路板進(jìn)行無死角的檢
工件焊接對(duì)于人工操作的要求非常嚴(yán)格,焊接位置、焊接時(shí)間以及焊接環(huán)境都是人工焊接所面臨的問題,高空、高溫等成為焊工們的負(fù)擔(dān),而機(jī)器視覺技術(shù)在焊接工作的應(yīng)用,在很大程度上解決了這一問題。借助計(jì)算機(jī)將該技術(shù)裝置安裝到焊接機(jī)器人的系統(tǒng)內(nèi)部,不僅可以代替人工完成一些高難度、高要求的焊接工作,而且對(duì)其工作效率以及質(zhì)量也有很好的保障。在實(shí)際操作過程中,焊接機(jī)器人的信息處理系統(tǒng)會(huì)借助機(jī)器視覺技術(shù)收集并分析數(shù)據(jù)結(jié)果,然后精確計(jì)算出焊接點(diǎn)的位置,明顯改善傳統(tǒng)人工焊接工作在焊接工作中誤差大、可操作性差的缺點(diǎn)。另外在噴濺的環(huán)境中,焊接機(jī)器人的應(yīng)用還可以有效避免焊工受到傷害。
目前,國內(nèi)外對(duì)于機(jī)器視覺技術(shù)激光檢測系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛,而且檢測效果相當(dāng)明顯,比如在機(jī)械加工、電子加工以及汽車制造檢測等行業(yè)的生產(chǎn)制造。其中最著名的應(yīng)用案例就是福特汽車和凱特拉普公司在北美汽車研究所的研究,利用三維圖像成像技術(shù),借助激光雷達(dá)在7秒內(nèi)完成對(duì)大型工件箱的整體掃描檢測,然后借助三維成像的數(shù)學(xué)模型,識(shí)別確定機(jī)械手抓取工件的最佳落手點(diǎn),從而機(jī)械手視覺成像系統(tǒng)得出最終的計(jì)算結(jié)果,將工件箱準(zhǔn)確的放到傳輸帶里面,最終完美解決了現(xiàn)代流水線生產(chǎn)中的最后一項(xiàng)自動(dòng)化問題。這不僅給大型流水線生產(chǎn)提供了技術(shù)支持,也是機(jī)械制造自動(dòng)化的重要技術(shù)支撐,為將來的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的專業(yè)基礎(chǔ)。
綜上所述,機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)當(dāng)中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍,而且對(duì)于提高工作效率、保障生產(chǎn)質(zhì)量以及解放勞動(dòng)力有著非常重要的作用,很大程度上促進(jìn)了機(jī)械制造與檢測行業(yè)的發(fā)展,所以我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用,以保證機(jī)械制造行業(yè)的快速發(fā)展,從而推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步。
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