視覺識別技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用研究

摘要：視覺識別技術(shù)依托智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的優(yōu)勢代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工檢測識別，并應(yīng)用于工業(yè)電氣自動化控制系統(tǒng)中，不僅提升了工業(yè)制造水平，而且降低了工業(yè)設(shè)備故障率。文章以視覺識別技術(shù)為切入點，闡述視覺識別技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，提出視覺識別技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用趨勢。憑借智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的優(yōu)勢，視覺識別技術(shù)被用于工業(yè)電氣自動化控制系統(tǒng)中，不僅提高了工業(yè)制造水平，還降低了工業(yè)設(shè)備的故障率。

關(guān)鍵詞：視覺識別技術(shù)；工業(yè)；電氣自動化控制；智能制造；大數(shù)據(jù)

中圖法分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A

大力推動工業(yè)智能制造是實現(xiàn)工業(yè)強國戰(zhàn)略的重要舉措。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、工業(yè)設(shè)備上云等戰(zhàn)略的實施，我國制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平不斷提升，尤其是機器視覺技術(shù)的應(yīng)用有效提升了我國工業(yè)制造技術(shù)水平。機器視覺技術(shù)偏重于信息技術(shù)工程化和自動化，因此為了推動我國電氣自動控制系統(tǒng)的發(fā)展，本文詳細闡述視覺識別技術(shù)在電氣自動化控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，以期為今后實踐工作提供經(jīng)驗。

１ 視覺識別技術(shù)概述

視覺識別技術(shù)是應(yīng)用計算機等技術(shù)模仿人的視覺，通過對采集對象信息的觀察與分析，根據(jù)識別判斷結(jié)果實現(xiàn)智能化操作。視覺識別技術(shù)以光學(xué)檢測為基礎(chǔ)，借助相機采集到對象的圖像，然后將圖像信息以信號形式傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，由控制系統(tǒng)從圖像的像素、亮度以及顏色等方面入手，以此抽取圖像的相關(guān)特征，利用系統(tǒng)計算功能確定觀察對象的相關(guān)參數(shù)，最后將觀察判斷的相關(guān)結(jié)果傳遞給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)完成相應(yīng)的動作指令，最終達到智能化控制生產(chǎn)的目的。

視覺識別技術(shù)是一項綜合技術(shù)，其不僅包括圖像處理、機械工程、控制等領(lǐng)域的技術(shù)，而且包括傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)等。

系統(tǒng)的視覺識別系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化、數(shù)字圖像處理、智能判斷決策及機械控制執(zhí)行等模塊。隨著我國工業(yè)制造技術(shù)水平的不斷發(fā)展，尤其是工業(yè)４．０ 時代的發(fā)展，視覺識別技術(shù)在電氣自動化控制領(lǐng)域中所發(fā)揮的作用越來越突出。首先，視覺識別技術(shù)破除了人工檢測的弊端（如表１ 所列），大幅提高了生產(chǎn)自動化處理水平。在批量生產(chǎn)的工業(yè)過程中，依賴人工檢測的模式難以有效避免人為因素的影響，尤其是通過人工檢測難以達到全面及時檢測的要求，影響生產(chǎn)效率［１］ 。而視覺識別技術(shù)在電子自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用則可有效避免人為因素的制約，通過視覺識別技術(shù)能夠完成對工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化識別，及時剔除不合格的產(chǎn)品。例如，在食品包裝行業(yè)中，通過應(yīng)用視覺識別技術(shù)，自動檢測系統(tǒng)能夠?qū)κ称钒b上是否存在破損、包裝說明文字模糊等進行自動檢測，并且利用自動控制系統(tǒng)中的算法作出準(zhǔn)確判斷，再將判斷結(jié)果發(fā)送給分揀設(shè)備，以達到精準(zhǔn)化控制的目的［２］ 。其次，視覺識別技術(shù)的應(yīng)用能夠延長生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命，減少故障維修費用。生產(chǎn)設(shè)備的運行狀況直接影響企業(yè)生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的生產(chǎn)檢測模式通過設(shè)備維修保養(yǎng)說明書進行檢測，難以及時發(fā)現(xiàn)潛在故障，導(dǎo)致設(shè)備故障頻發(fā)。應(yīng)用視覺識別技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備軸承的負荷及溫度的變化，其不僅可以消除生產(chǎn)設(shè)備過載或過熱的危害，而且可以轉(zhuǎn)變生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測模式———由被動監(jiān)測轉(zhuǎn)化為主動監(jiān)測，能達到及時發(fā)現(xiàn)故障并及時消除的目的，最大限度減少生產(chǎn)設(shè)備非計劃停機的發(fā)生［３］ 。

總而言之，視覺識別技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，其能夠推動現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展：提升了產(chǎn)品質(zhì)量，固化了復(fù)雜工藝，升級了數(shù)控裝備以及柔性化生產(chǎn)。

２ 視覺識別技術(shù)在工業(yè)電子自動化控制中的應(yīng)用

隨著工業(yè)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，視覺識別技術(shù)在工業(yè)電子自動化控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。例如，工業(yè)制造、工業(yè)檢測、工業(yè)物流運輸?shù)阮I(lǐng)域都需視覺識別技術(shù)的支持。視覺識別技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面。

２．１ 在生產(chǎn)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)需實時關(guān)注產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，產(chǎn)品質(zhì)量檢測是重點環(huán)節(jié)?；谧詣踊夹g(shù)的發(fā)展，將視覺識別技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)檢測領(lǐng)域中具有重要的現(xiàn)實意義。以電氣測量儀表自動化檢測為例，電氣測量儀表是電氣領(lǐng)域的重點工具，為了提升產(chǎn)品質(zhì)量采取視覺識別技術(shù)，通過ＣＣＤ 工業(yè)相機對電氣測量儀表進行圖像采集。工業(yè)相機要設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)（如表２ 所列），并且增加環(huán)形光源，可以為圖像采集提供照明，提升電氣測量儀表內(nèi)部的顯示度。

設(shè)定參數(shù)后需對圖像進行預(yù)處理：采取圖像平滑幅度模板對圖像進行處理。為了避免圖像出現(xiàn)模糊等現(xiàn)象，需設(shè)定合適的閾值，以做好圖像的邊緣處理，完成電氣測量儀表圖像的采集和處理部分后，需根據(jù)圖像提取特征對其進行自動檢定。根據(jù)對測定結(jié)果的分析，使用視覺識別技術(shù)后能夠達到快速檢測電氣測量儀表的目的。

２．２ 在工業(yè)識別領(lǐng)域的應(yīng)用

在工業(yè)制造中需及時識別生產(chǎn)過程，再將生產(chǎn)過程的圖像特征反饋給系統(tǒng)，完成相應(yīng)的生產(chǎn)指令。隨著我國物流產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，實現(xiàn)物流分揀自動化是提升我國物流產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然舉措。目前，視覺識別技術(shù)在物流分揀中得以充分利用。當(dāng)前，物流分揀機器人都具備圖像識別系統(tǒng)，其通過磁條引導(dǎo)、激光引導(dǎo)、超高頻ＲＦＩＤ 引導(dǎo)以及機器視覺識別技術(shù)實現(xiàn)對快遞件的自動分揀［４］ 。

在現(xiàn)代物流分揀中首先需借助圖像自動分析功能對物流件進行識別，根據(jù)物流件的相關(guān)信息進行相應(yīng)的處理。由于集中在物流產(chǎn)業(yè)園的快遞件較多，因此需根據(jù)快遞件的相關(guān)信息完成自動分揀。自動化色碼掃描是視覺識別技術(shù)的重要內(nèi)容，其通過利用條碼識別、ＯＣＲ 識別、二維碼識別等技術(shù)，將快遞件上的相關(guān)信息掃描到分揀系統(tǒng)中，分揀系統(tǒng)通過對掃描信息的自動分析，按照快遞件產(chǎn)品材料、重量、配送地址等信息自動分類，然后將其反饋給電氣自動化控制系統(tǒng)，自動化控制系統(tǒng)按照預(yù)定的條件發(fā)出指令，以此將快遞件運送到相應(yīng)的區(qū)域［５］ 。

３Ｄ 視覺檢測系統(tǒng)在物流分揀系統(tǒng)中較為常用，其是由圖像采集、圖像處理、圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機械手坐標(biāo)、手眼標(biāo)定以及機器人控制等模塊組成，工作流程主要是首先利用３Ｄ 視覺系統(tǒng)對輸送線上高速運動的貨筐進行抓拍，并且提取產(chǎn)品的輪廓（如圖１ 所示），最終得到貨框里商品的二維和三維信息。圖像采集系統(tǒng)由２ 臺面陣相機和激光光源組成，視野范圍（ＦＯＶ）和測量范圍（ＭＲ）覆蓋整個貨筐，通過三維重構(gòu)算法重構(gòu)出物體的三維幾何信息，重建物體三維輪廓及位置獲得物體的三維幾何信息后，進入“３Ｄ 圖像處理模塊”，通過物體的三維特征分割出獨立的每件貨物，并提取出最適宜抓取的貨物的抓取位姿，使機器人可快速、準(zhǔn)確地抓取到貨物。隨后利用“圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機械手坐標(biāo)”模塊，將先前獲得的貨物最佳抓取位姿轉(zhuǎn)換到機械手坐標(biāo)系中，通過視覺通信協(xié)議將該坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳送給機器人，由機器人控制模塊控制機器人執(zhí)行抓取動作。

３ 視覺識別技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用趨勢

實踐證明，視覺識別技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制領(lǐng)域具有較大的發(fā)展空間，其可通過控制機器人完成對區(qū)域目標(biāo)的操作，大幅減少人工勞動量。但是，受技術(shù)的制約，我國視覺識別技術(shù)仍存在一些問題，如當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場噪音較大時，其會影響視覺系統(tǒng)的穩(wěn)定，降低相關(guān)設(shè)備的靈敏度。同時，視覺識別系統(tǒng)易受外界環(huán)境的影響，尤其是易受外部光線的影響。因此，基于當(dāng)前視覺識別技術(shù)的問題，需在今后加大對以下２ 個方面的研究。（１）側(cè)重圖像處理軟硬件的研發(fā)力度。受技術(shù)的影響，視覺識別系統(tǒng)在運行過程中，易受圖像信息存儲量大小因素的影響，導(dǎo)致圖像采集速度較慢。而硬件設(shè)施是影響圖像采集速度的重要部分，因此我國要加大技術(shù)投入，積極提升視覺識別系統(tǒng)的硬件設(shè)施，通過提高硬件設(shè)施的運行速度減輕主機的負擔(dān)，以提高對圖像信息的處理效率。例如，我國要加大工業(yè)照相機的硬件建設(shè)，提高工業(yè)照相機采集圖像信息的速度，通過提高采集速度的方式加大對識別對象信息的處理效率。其次我國還要提升視覺識別系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，增強軟件系統(tǒng)的兼容性，以實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備上云。（２）開發(fā)高效穩(wěn)定的智能算法。對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)要求，視覺識別算法的完整性要突出“識別出人類無需專門記憶就能識別的內(nèi)容”。智能算法不僅能提高圖像信息的處理效率，而且適用于復(fù)雜的運行環(huán)境，尤其是克服因環(huán)境問題導(dǎo)致視覺識別系統(tǒng)運行不穩(wěn)定的問題。因此，我國要積極開發(fā)適用性強、抗干擾的智能算法。

為推動視覺識別技術(shù)的發(fā)展，需做好以下工作。

（１）加大電氣自動化控制人才培養(yǎng)力度。例如，企業(yè)要加大對電氣自動化從業(yè)人員的教育培訓(xùn)工作，定期組織相關(guān)人員學(xué)習(xí)先進的技術(shù)，提升操作及設(shè)計視覺識別系統(tǒng)的能力。（２）提高科研創(chuàng)新能力，鼓勵技術(shù)人才朝智能化、先進化的視覺識別系統(tǒng)方向努力，提升科研成果轉(zhuǎn)化率。

隨著智能制造技術(shù)水平的不斷發(fā)展，推動視覺識別技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用是實現(xiàn)制造強國戰(zhàn)略、提升工業(yè)制造水平的重要舉措［６］ 。因此，在大力發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的戰(zhàn)略背景下，要不斷優(yōu)化視覺識別技術(shù)，提高電氣自動化控制技術(shù)，進而推動我國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻：

［１］ 劉德志，盧小豪，李曉東．某車企總裝車間視覺檢測技術(shù)的應(yīng)用［Ｊ］．汽車工藝與材料，２０２０（１１）：４９?５３．

［２］ 梁振，吳慶華．視覺識別技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的運用分析［Ｊ］．中國高新科技，２０２１（２３）：４７?４８．

［３］ 呂凌鋒，李新君，劉煜．人工智能化教室集散節(jié)能控制系統(tǒng)［Ｊ］．南方農(nóng)機，２０２２（２１）：１７８?１８１．

［４］ 吳魯紀(jì)，秦佳音，楊林杰．機器視覺識別技術(shù)在機械傳動領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用［Ｊ］．機械傳動，２０２２，４６（７）：１６７?１７６．

［５］ 姚佳興．基于ＰＬＣ 的機械設(shè)備電氣自動化控制分析［Ｊ］．中國設(shè)備工程，２０２２（９）：１３７?１３９．

［６］ 章亮，馮燕萍，劉鴻茂．ＰＬＣ 在電氣自動化控制中的運用價值及實踐探究［Ｊ］．科技創(chuàng)新與應(yīng)用，２０２２，１２（３０）：１５４?１５７．

作者簡介：趙雷（１９８３—），本科，助理工程師，研究方向：電氣自動化控制及機器視覺應(yīng)用開發(fā)。