機(jī)器視覺系統(tǒng)及其在工業(yè)上的應(yīng)用期末論文

機(jī)器視覺系統(tǒng)及其在工業(yè)上的應(yīng)用（學(xué)校，專業(yè)，學(xué)號）摘要：機(jī)器視覺技術(shù)，是一門涉及諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)也日臻成熟，已是現(xiàn)代加工制造業(yè)不可或缺的產(chǎn)品。本文介紹了機(jī)器視覺的系統(tǒng)組成及工作原理、相對于人類視覺優(yōu)勢所在，闡述了機(jī)器視覺在我國工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。關(guān)鍵字：機(jī)器視覺；自動裝配Abstract:Thetechnologyofmachinevision，across-sciencesdisciplines,involvesalotoffields.Inrecentyears，withthecontinuousdevelopmentofcomputertechnology,machinevisiontechnologyhasdevelopedsoquicklyandithasbeenanindispensableproductforthemodernmanufacturingindustry.Thearticleintroducesthecomponentsandtheworkingprincipleofmachinevision,tellabouttheadvantagesincontrasttopeopleandelaboratetheapplicationofmachinevisioninourcountry.Keywords:Machinevision;Assemblyautomatically機(jī)器視覺技術(shù)的概述機(jī)器視覺技術(shù)的介紹機(jī)器視覺技術(shù)，是一門涉及人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、圖像處理、模式識別等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科。機(jī)器視覺主要用計算機(jī)來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進(jìn)行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。機(jī)器視覺技術(shù)最大的特點(diǎn)是速度快、信息量大、功能多。機(jī)器視覺主要用計算機(jī)來模擬人的視覺功能,但并不僅僅是人眼的簡單延伸,更重要的是具有人腦的一部分功能—從客觀事物的圖像中提取信息,進(jìn)行處理并加以理解,最終用于實際檢測、測量和控制。近年來,隨著計算機(jī)技術(shù)尤其是多媒體技術(shù)以及數(shù)字圖像處理與分析理論的不斷發(fā)展完善,加之大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展與應(yīng)用,機(jī)器視覺技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用研究。機(jī)器視覺技術(shù)的組成及原理機(jī)器視覺系統(tǒng)一般由攝像機(jī)、圖像采集卡、計算機(jī)、光源、光照箱、載物臺等組成工作原理是：在一定光照條件下，用攝像機(jī)把三維場景的被攝取目標(biāo)圖像采集到計算機(jī)內(nèi)部形成原始圖像；然后，運(yùn)用圖像處理技術(shù)對原始圖像進(jìn)行預(yù)處理以改善圖像質(zhì)量，分割圖像，提取特征要素，構(gòu)成對圖像的描述；最后，采用模式識別技術(shù)進(jìn)行特征分類，并根據(jù)預(yù)設(shè)條件輸出結(jié)果[4]。機(jī)器視覺技術(shù)的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀在中國，視覺技術(shù)的應(yīng)用開始于90年代，因為行業(yè)本身就屬于新興的領(lǐng)域，再加之機(jī)器視覺產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠，導(dǎo)致以上各行業(yè)的應(yīng)用幾乎空白。目前國內(nèi)機(jī)器視覺大多為國外品牌。國內(nèi)大多機(jī)器視覺公司基本上是靠代理國外各種機(jī)器視覺品牌起家，隨著機(jī)器視覺的不斷應(yīng)用，公司規(guī)模慢慢做大，技術(shù)上已經(jīng)逐漸成熟。例如：上海波創(chuàng)電氣有限公司，專業(yè)代理加拿大DALSA機(jī)器視覺產(chǎn)品，在短短六年的時間里，就發(fā)展成國內(nèi)首屈一指的機(jī)器視覺企業(yè)。國內(nèi)現(xiàn)在也開始意識到機(jī)器視覺的重要性，微視就是中國人自己的機(jī)器視覺的公司，研發(fā)自己的機(jī)器視覺產(chǎn)品[3]。當(dāng)然，技術(shù)上跟國外的品牌還存在一些不足。機(jī)器視覺技術(shù)的必要性機(jī)器視覺檢測在工業(yè)自動化生產(chǎn)上,高速,重復(fù)性強(qiáng),檢測精度高的應(yīng)用上是人工檢測無法替代的。機(jī)器視覺檢測降低人工費(fèi)用,提高生產(chǎn)成品率,減少昂貴的生產(chǎn)安裝過程中產(chǎn)生的錯誤及次品。目前從一般的飲料到復(fù)雜的電子產(chǎn)品,幾乎每一領(lǐng)域的產(chǎn)品從生產(chǎn)到包裝,都需要不同程度的機(jī)器視覺檢測。先進(jìn)的視覺檢測很快成為工業(yè)領(lǐng)域的必需品,以確保產(chǎn)品的性能及質(zhì)量可靠,保持成本競爭力。機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用隨著電子技術(shù)、計算機(jī)軟硬件技術(shù)、圖像處理及與人類視覺相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)在理論和實踐上都取得了重大的發(fā)展在我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、機(jī)器人導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，以下就機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用概況進(jìn)行闡述。機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的主要應(yīng)用體現(xiàn)工業(yè)視覺系統(tǒng)的應(yīng)用大致分為三個方向自動檢測、智能裝配以及視覺伺服系統(tǒng)。以下就從這三個方面介紹機(jī)器視覺的工業(yè)應(yīng)用狀況。1.1自動檢測中的機(jī)器視覺自動檢測是生產(chǎn)自動化的重要環(huán)節(jié)。機(jī)器視覺在自動檢測中的應(yīng)用極為廣泛,它包括幾何量計量測試和自動視覺識別檢測。幾何量計量測試技術(shù)是制造技術(shù)中不可缺少的環(huán)節(jié)。通用的光學(xué)儀器幾何量測量技術(shù)讀數(shù)過程繁瑣,測量時間長,人員主觀誤差較大,自動化程度低機(jī)器視覺測量技術(shù)是測試領(lǐng)域中的新興族。得益于計算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展,目前有結(jié)構(gòu)光測量、層析三維數(shù)字化測量、工業(yè)法、立體視覺、激光掃描測量和激光雷達(dá)等方法,它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。采用結(jié)構(gòu)光的三角測量法,具有較高的測量精度和一定的測量范圍。原理是用一光束以一定角度投影到被測物表面,再以一定角度用攝像機(jī)攝取圖像,最后依據(jù)三角定理從二維圖像中提取第三維信息該方法無法獲取被測物體內(nèi)部的數(shù)據(jù)層析三維數(shù)字化測量技術(shù)是對物體被銑出的等間隔斷層進(jìn)行拍照,然后進(jìn)行圖像處理,提取出斷層上物體的輪廓信息,進(jìn)行三維重建,最后得出物體的模型[1]。自動視覺識別檢測目前已經(jīng)用于產(chǎn)品外形和表面缺陷檢驗，如金屬表面視覺檢測、二極管基片檢查、印刷電路板缺陷檢查、焊縫缺陷自動識別等等。這些檢測識別系統(tǒng)屬于二維機(jī)器視覺,技術(shù)已經(jīng)較為成熟。1.2智能裝配中的機(jī)器視覺現(xiàn)代機(jī)電產(chǎn)品的裝配工作量占整個產(chǎn)品制造工作量的20%~70%,裝配時間占整個產(chǎn)品制造時間的40%~60%,裝配成本約占產(chǎn)品成本的30%~50%，且裝配質(zhì)量對產(chǎn)品性能有直接影響。裝配工作由于其多樣性和復(fù)雜性,在實現(xiàn)自動化方面難點(diǎn)很多[2]。上世紀(jì)年代，裝配機(jī)器人的應(yīng)用和柔性裝配系統(tǒng)的出現(xiàn)使自動裝配系統(tǒng)得到迅速發(fā)展世紀(jì)年代后,應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ψ詣友b配技術(shù)提出了更高的要求。采用機(jī)器視覺技術(shù)的智能裝配就是這股技術(shù)革新浪潮中的熱點(diǎn)之一[6]。視覺系統(tǒng)可以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)時間,在不變更硬件的情況下處理各種零部件。機(jī)器視覺技術(shù)不僅可以用于完成一些看起來很簡單如汽車零件裝配等的任務(wù),更可在惡劣或有害的工作環(huán)境下實現(xiàn)裝配。目前,在工業(yè)領(lǐng)域中,已經(jīng)有很多以機(jī)械手、視覺系統(tǒng)為主體的帶感覺的機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)入實用階段。例如晶體管自動焊接系統(tǒng)、管子凸緣焊接機(jī)器人、有視覺的裝配機(jī)器人、汽車車輪裝入輪毅作業(yè)的自動系統(tǒng)等等。1.3視覺伺服系統(tǒng)視覺的非接觸測量特性使它對視覺伺服系統(tǒng)極為有用一種典型的應(yīng)用是將視覺傳感和操作集成在一個開環(huán)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的精度直接依賴于視覺傳感和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度其控制采用開環(huán)視覺方法,即從圖像中抽取檢測物體的特征信息后驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動,視覺信息僅作為指令依據(jù)[1]。通常人們按照誤差信號的不同將視覺伺服控制系統(tǒng)分為三類基于位置的視覺伺服系統(tǒng)、基于圖像的視覺伺服系統(tǒng)以及由上述兩種方法組合而成的混合視覺系統(tǒng)。在基于位置的伺服系統(tǒng)中,誤差信號在笛卡爾坐標(biāo)系中給出由于使用簡單的比例控制即可以使該系統(tǒng)穩(wěn)定,因此此類系統(tǒng)的控制間題實質(zhì)上轉(zhuǎn)變成根據(jù)圖像估計出目標(biāo)相對位置的間題。在基于圖像的伺服系統(tǒng)中,誤差信號由圖像特征參數(shù)直接定義,主要涉及兩方面間題圖像的特征選擇和提取控制系統(tǒng)的分析和綜合。同基于位置的伺服系統(tǒng)不同,在基于圖像的伺服系統(tǒng)中,圖像特征的選擇將直接決定控制率和最終系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性等性能,因而所選擇的特征往往因系統(tǒng)而異,目的是使整個系統(tǒng)便于分析和設(shè)計[1]。機(jī)器視覺技術(shù)在應(yīng)用中存在的問題雖然機(jī)器視覺技術(shù)目前已得到廣泛應(yīng)用,且有很好的實際效果,但由于其自身或配套技術(shù)上存在的一些問題,它在應(yīng)用上還是受到一定限制,比如,目前存在的最主要的實時性問題。在工業(yè)檢測、機(jī)器人視覺控制和監(jiān)控等領(lǐng)域的機(jī)器視覺應(yīng)用中,實時性是衡量機(jī)器視覺系統(tǒng)的重要指標(biāo),目前在機(jī)器視覺的實時性研究方面,主要分為硬實時和軟實時。在硬實時方面,目前由于硬件設(shè)備的迅猛發(fā)展已經(jīng)有了比較好的解決方案。而在軟實時方面,主要是靠算法提高圖像處理速度。盡管國內(nèi)外都提出一些新的算法,但是很多仍處于實驗室階段,在復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場仍存在準(zhǔn)確性、魯棒性下降等問題。而且目前已應(yīng)用的算法也普遍存在算法效率低、速度慢的問題,特別是在存在較多噪聲的工業(yè)現(xiàn)場,機(jī)器視覺系統(tǒng)的抗干擾能力較差,造成準(zhǔn)確度和精度下降。另外,目前的機(jī)器視覺主要應(yīng)用在2維、215維圖像的處理分析中,而這樣往往無法精確得到復(fù)雜物體的圖像[1]?？偨Y(jié)機(jī)器視覺技術(shù)在不斷的發(fā)展，目前在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)藥、軸承、造幣、焊接等等許多領(lǐng)域。機(jī)器視覺技術(shù)要用到生產(chǎn)實際中則需要提供對科學(xué)的綜合解決方案需要結(jié)合光學(xué)、機(jī)械、傳動、自動控制、計算機(jī)和通訊等多專業(yè)及多學(xué)科的技術(shù)。機(jī)器視覺的應(yīng)用目前主要集中在檢測、定位、運(yùn)動控制、機(jī)器人和計量等幾個領(lǐng)域。而在近2年,在運(yùn)動控制、生產(chǎn)流水線、診斷、測試和數(shù)控設(shè)備等幾個領(lǐng)域?qū)τ跈C(jī)器視覺的應(yīng)用需求增長最為迅速[2]。目前國內(nèi)外都在大力發(fā)展機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè),并在逐漸形成細(xì)分組成機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)的/視覺軟件0、/機(jī)械手0、/造型設(shè)計0、/相機(jī)系統(tǒng)0、/光源0等微觀個體,從而加快了這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[5]。目前，我們已經(jīng)將該技術(shù)應(yīng)用于電器元件檢測及裝配中?？梢灶A(yù)見，隨著我國電器工業(yè)以及制造業(yè)的發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)勢必在行業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。參考文獻(xiàn)[1]范祥，盧道華,王佳.機(jī)器視覺在工業(yè)領(lǐng)域中的研究應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造工程,2007,(06)[2]杜婷婷.機(jī)器視覺技術(shù)在電器工業(yè)中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化，2011.[3]唐向陽,張勇,李江有等.機(jī)