機(jī)器視覺(jué)在制造業(yè)中的應(yīng)用探討

祝慶麗

摘 要：本文主要是針對(duì)機(jī)器視覺(jué)在當(dāng)代的發(fā)展以及機(jī)器視覺(jué)的原理和機(jī)器的工作原理進(jìn)行討論。我們以機(jī)器人特征的檢查和機(jī)器人的視覺(jué)引導(dǎo)兩個(gè)方面為基點(diǎn)，來(lái)進(jìn)行概括其在制造業(yè)中的應(yīng)用情況，并對(duì)機(jī)器視覺(jué)在制造業(yè)中所產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行深刻的探討，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決，最后為機(jī)器視覺(jué)在制造業(yè)中的發(fā)展前景和市場(chǎng)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué) 產(chǎn)品特征 視覺(jué)引導(dǎo)

一、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展及其視覺(jué)系統(tǒng)的組成部分

1.1機(jī)器視覺(jué)是一項(xiàng)類(lèi)似于仿生技術(shù)的工程

它通過(guò)利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)生物視覺(jué)的模仿效果，不難看出機(jī)器視覺(jué)的最重要作用就是通過(guò)利用對(duì)生物視覺(jué)的模仿從而恢復(fù)現(xiàn)實(shí)中的一系列模型。機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域不可否認(rèn)的是一個(gè)新興的行業(yè)，但這并不影響其發(fā)展的迅速程度，在當(dāng)今成為了計(jì)算機(jī)發(fā)展領(lǐng)域的重要研究項(xiàng)目之一。機(jī)器視覺(jué)從1950年的統(tǒng)計(jì)模式開(kāi)始，當(dāng)時(shí)的發(fā)展重點(diǎn)主要對(duì)二維圖像和數(shù)字的辨識(shí)解析上，而在1965年Roberts則通過(guò)提取諸多幾何體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上誕生了三維結(jié)構(gòu)的思想，并成功對(duì)物體之間的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，當(dāng)時(shí)間到了1970年終于誕生了一些機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用系統(tǒng)。并于1977提出了與當(dāng)時(shí)思想不同但卻更具有創(chuàng)新性的計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論，而這個(gè)理論也成為了80年代甚至于以后研究的重要基石和理論基礎(chǔ)?？梢哉f(shuō)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始機(jī)器視覺(jué)的研究就變得日新月異，發(fā)展速度更是一日千里。隨著電氣自動(dòng)化的發(fā)展和與其配套行業(yè)的不斷提升，機(jī)器視覺(jué)也開(kāi)始適量應(yīng)用于汽車(chē)零件的量產(chǎn)、電路板的印刷、電路的檢測(cè)等方面。

1.2機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的組成

其組成通常由四部分組成分別為光源，圖像感應(yīng)器，圖像采集計(jì)算機(jī)和圖像處理軟件。首先機(jī)器自帶光源發(fā)出，圖像采集裝置將三維信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎S信號(hào)再通過(guò)模擬轉(zhuǎn)換技術(shù)完成光變電的信號(hào)轉(zhuǎn)化過(guò)程，最后就是利用圖像采集計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集再進(jìn)行處理。而在收集圖像之時(shí)圖像的質(zhì)量就變得尤為重要，而對(duì)圖像影響最大的無(wú)疑就是環(huán)境的光線了，所以針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們對(duì)機(jī)器自帶光源進(jìn)行改進(jìn)使其可以自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度并提升光源的穩(wěn)定性，來(lái)有效降低環(huán)境因素影響過(guò)大而導(dǎo)致的系統(tǒng)故障的情況發(fā)生。常用的圖像轉(zhuǎn)換器一般分為ccd面陣和線性。以機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)為基礎(chǔ)圖像采集計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)異步拍攝和定點(diǎn)定時(shí)拍攝，并通過(guò)圖像處理軟件完成對(duì)圖像的解析和處理。

二、機(jī)器視覺(jué)在創(chuàng)造業(yè)中的運(yùn)用和存在的問(wèn)題

2.1機(jī)器的優(yōu)勢(shì)

其優(yōu)勢(shì)毫無(wú)疑問(wèn)就是精確、快捷實(shí)用、受外界干擾極小等。由于這些優(yōu)勢(shì)方面的存在，使得對(duì)機(jī)器視覺(jué)的投資得到了比想象中更快速，巨大的回報(bào)，得到了更多的社會(huì)效益。而如今的商品品種繁多我們也通過(guò)深刻的分析和歸納總結(jié)出了三類(lèi)產(chǎn)品的特征，從而精確機(jī)器視覺(jué)對(duì)產(chǎn)品的檢查。第一類(lèi)：針對(duì)產(chǎn)品的尺寸、形狀進(jìn)行檢查，此項(xiàng)針對(duì)的方面多用于工程零件的精度檢測(cè)，檢測(cè)其零件是否符合標(biāo)準(zhǔn)的范圍，是否具有正確的集合形狀。第二類(lèi)：是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的的檢測(cè)，通過(guò)對(duì)機(jī)器視覺(jué)的利用可以對(duì)產(chǎn)品的表面凹凸情況、劃痕情況、以及內(nèi)部外部裂紋暗傷情況進(jìn)行檢測(cè)，從而幫助檢測(cè)人員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行有效的評(píng)估。例如：美國(guó)所開(kāi)發(fā)的冷軋帶鋼表面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以有效檢測(cè)鋼材表面的像素的誤差，并且達(dá)到了其他同類(lèi)產(chǎn)品的2.5倍。第三類(lèi)：對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，眾所周知，一個(gè)產(chǎn)品的完整性是十分重要的，但是對(duì)于一些過(guò)于復(fù)雜的組合產(chǎn)品，人工檢測(cè)完整性的難度過(guò)大，這時(shí)機(jī)器視覺(jué)就可以快速并準(zhǔn)確的檢測(cè)產(chǎn)品的完整性以及是否所用材料純度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、是否材料被污染等問(wèn)題，十分方便。

2.2機(jī)器視覺(jué)在如今的發(fā)展

如今隨著時(shí)代的高速發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)已經(jīng)不僅僅用于機(jī)器人的研究，他開(kāi)始應(yīng)用于社會(huì)制造業(yè)的各各方面，為以前制造業(yè)中呆板的工業(yè)機(jī)器人裝上機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，顯而易見(jiàn)的機(jī)器人變得更加靈活、更加自主。正是因?yàn)闉闄C(jī)器增加了視覺(jué)系統(tǒng)，他們可以勝任汽車(chē)組裝、人員自動(dòng)定位、器材焊接等有一定難度的工作大大較少了員工的工作負(fù)擔(dān)。例如：通過(guò)利用超聲波與視覺(jué)系同聯(lián)動(dòng)所形成的抓取方式、還有通過(guò)光源的線狀投影，從而避免由于環(huán)境光線反射而導(dǎo)致的位置信息的情況，從而增加機(jī)器對(duì)物品搬運(yùn)的準(zhǔn)確性，并有效提高機(jī)器搬運(yùn)的效率、在焊接領(lǐng)域也有機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用，通過(guò)雙攝像的理念準(zhǔn)確的對(duì)需要焊接的部位進(jìn)行空間分析，從而使得空間焊接的精度提高，而且可以使過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單容易操作。

2.3人與機(jī)器成像的區(qū)別

人與機(jī)器的視覺(jué)系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別，也許看清楚一件事物對(duì)人們來(lái)說(shuō)是十分容易的但對(duì)于機(jī)器來(lái)說(shuō)這并不是一件十分容易的事情，大概來(lái)說(shuō)我們現(xiàn)在大概面臨四方面的問(wèn)題。第一：圖像的相似性是圖形在投影的時(shí)候所不可避免的一個(gè)問(wèn)題，不同的幾何體可能會(huì)出現(xiàn)相同的投影情況，從而導(dǎo)致幾何體的一些空間信息丟失，從而使對(duì)物體的形狀分析產(chǎn)生較大的誤差，影響最后的解析。第二：外界環(huán)境對(duì)成像的影響，眾所周知，環(huán)境對(duì)圖像的影響可謂是最大的也是無(wú)法避免的，我們只有盡可能減少如氣候、溫度、濕度對(duì)物體表面色彩、整體形狀等方面的成像影響。第三：引導(dǎo)系統(tǒng)不同，不同的系統(tǒng)很可能會(huì)有不同的引導(dǎo)軟件，而引導(dǎo)軟件的不同，就會(huì)導(dǎo)致相同物體的成像發(fā)生改變，這樣沒(méi)有統(tǒng)一的引導(dǎo)方式就很難有相同的引導(dǎo)成像，這無(wú)疑為統(tǒng)一的檢測(cè)、制造等方面提供了巨大的難度和不便，我相信如果可以使知識(shí)引導(dǎo)做到統(tǒng)一，那么工作收益必然會(huì)大大的提高，也將獲得更大的收益。第四：數(shù)據(jù)過(guò)大過(guò)多，每一次機(jī)器視覺(jué)成像都會(huì)有大量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，如同一個(gè)510*510的圖像數(shù)據(jù)量就達(dá)到了將近250K，如果是彩色的成像那么所附帶的數(shù)據(jù)量則會(huì)成倍的增加，所以?xún)?chǔ)存這些數(shù)據(jù)的空間無(wú)疑將會(huì)成為一個(gè)巨大的問(wèn)題，更會(huì)導(dǎo)致成像的速度變慢，影響工作的速率。為了解決這些不可避免且必須面對(duì)的問(wèn)題，科研人員正在不斷的努力開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，以求解決這些不可避免的問(wèn)題。

【結(jié)束語(yǔ)】進(jìn)過(guò)科研人員數(shù)十年的不懈努力，我國(guó)的機(jī)器視覺(jué)發(fā)展已然位于世界前列，多年的探索和研究使得我國(guó)的機(jī)器視覺(jué)科研方面積累的極多的經(jīng)驗(yàn)，這是一筆不可多得的財(cái)富。由世界觀之，在我國(guó)制造業(yè)當(dāng)中增加機(jī)器視覺(jué)是一個(gè)十分順應(yīng)時(shí)代步伐的決定，這不僅加快了生產(chǎn)的速率，更減少了不必要資源的浪費(fèi)，節(jié)省了人力資源，加快了資源的回歸利用。我相信在21世紀(jì)的今天，機(jī)器視覺(jué)必定會(huì)更加蓬勃的發(fā)展，并將成為制造業(yè)當(dāng)中的奠基石。

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