試論機器視覺技術(shù)及其在機械制造自動化中的應(yīng)用

試論機器視覺技術(shù)及其在機械制造自動化中的應(yīng)用摘要]機器視覺技術(shù)，顧名思義，是指以機器人來代替人眼，發(fā)揮出人眼視覺功能的科學(xué)技術(shù)，這種技術(shù)多用于測量領(lǐng)域或識別判斷領(lǐng)域，究其根本是借助計算機來采集客觀世界的圖像并對其進行識別與處理。相較于人眼，機器視覺具有更高的靈敏性與測量精度，不僅噪聲低、速度快，還具有較強的抗電磁干擾能力，在使用上更是非常靈活方便，甚至可以在惡劣環(huán)境下的長時間工作。機器視覺技術(shù)的出現(xiàn)大大解放了勞動力，使生產(chǎn)效率得到了顯著提高。本文以機器視覺技術(shù)作為研究對象，試探討其在機械制造自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]機器視覺技術(shù)；機械制造自動化；應(yīng)用

中圖分類號：T01文獻標識碼：A文章編號：1009-914X（2024）28-0061-01

機器視覺技術(shù)是科學(xué)技術(shù)在機械設(shè)備上的一種應(yīng)用，其從擬人角度入手，通過模仿人類思維形成機械思維過程，以人工智能的方式來實現(xiàn)與“人眼”相同的功能，進而在人類無法適應(yīng)的惡劣環(huán)境下進行作業(yè)。如果說機械臂是模仿人類外部器官所制成的機械設(shè)備，那么機器視覺則是模仿人眼所操縱的智能攝像機、照相機設(shè)備，目前，機器視覺技術(shù)在機械制造自動化領(lǐng)域可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與信息判斷的目標，對推動機械生產(chǎn)自動化有著非常重要的意義。

一、何為機器視覺技術(shù)

所謂機器視覺技術(shù)，是利用機械來模擬人眼以獲取圖像信息，在攝取圖像后，機械會借助其內(nèi)部設(shè)置的計算機進行讀圖，對圖像中含有的信息進行判斷。目前，攝取圖像的技術(shù)有很多，攝取難度也不大，電子攝像器材更是種類繁多且價格便宜，對于機器視覺技術(shù)而言，難點在于對圖像的判斷與解析。大部分圖像都具有線條、顏色等基本元素，人眼可以通過大腦來分析與判斷上述基本元素，而機器視覺技術(shù)雖然可以與人眼一樣攝取圖像，在一定程度上模仿人類的思維，但是其思維原理依然與人類有所不同，就工作原理而言，機器視覺技術(shù)是將收集而來的圖片信息進行處理，將其整理后使其變?yōu)楹喕瘓D，再將簡化圖中含有的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，計算機基于模型將特定的片段篩選識別出來，再轉(zhuǎn)化為人類所能理解的信息。單純看筆者的描述，機器視覺技術(shù)的處理過程具有很大的負載，而在實際指向時僅需要不到0.1s的反應(yīng)時間。而在機械制造自動化領(lǐng)域，機器視覺系統(tǒng)僅需要處理少量信息，因此具有極高的效率，其較高的靈敏度與穩(wěn)定的工作狀態(tài)使得其在機械制造領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用效果。

二、機器視覺技術(shù)的現(xiàn)實應(yīng)用

（一）應(yīng)用方向之一——質(zhì)量檢測

機器視覺技術(shù)可以安裝在檢測裝置之上，用于檢測產(chǎn)品外觀是否存在瑕疵甚至是故障。對于輪船、飛機、汽車的制造而言，在制造大型機械零件時雖然可以依靠人工進行流水線生產(chǎn)的質(zhì)量檢測，但是人的精力有限，可能因精力不足而出現(xiàn)注意力不集中的狀況，這時很容易導(dǎo)致外觀問題被忽略。而使用機器視覺技術(shù)便可以避免這類問題的出現(xiàn)，機器并不存在困倦和注意力不集中的問題，只要供給其足夠的能量便可以一直工作，借助高精度的攝像、照相設(shè)備，可以清晰識別零件表面存在的缺陷。再以曲軸的彎曲度為例，這類部件對于參數(shù)的精度有很高的要求，正所謂“差之毫厘，謬以千里”，即使曲軸的彎曲度有一絲不合格，也有可能導(dǎo)致部件無法安裝的結(jié)果，而人眼很難清晰辨別出這種細微的“偏差”，而機器視覺技術(shù)可以清晰辨別出來，通過機器視覺技術(shù)的高細節(jié)檢測，即使零件的誤差只有幾毫米甚至幾微米，也可以被清晰查出。可以說，在機器視覺的精細檢測下，可以實現(xiàn)零件的完美篩選結(jié)果，不合格產(chǎn)品退出了生產(chǎn)線，不會流入市場，間接避免了安全事故的發(fā)生。

（二）應(yīng)用方向之二——精密測量

1.精密測量零件尺寸

機器視覺系統(tǒng)由圖像采集系統(tǒng)與圖像識別系統(tǒng)兩部分組成，檢測系統(tǒng)包括CCD攝像頭、光學(xué)系統(tǒng)以及計算機處理系統(tǒng)。由光源向被檢測零件發(fā)射平行光束，被檢測部位在光線的照射下反射、折射出光芒，借助內(nèi)置于攝像機中的CCD攝像頭，由顯微光學(xué)鏡進行成像，再由計算機系統(tǒng)進行圖像的處理，以獲得零件的相關(guān)信息。若是被檢測零件移位，則可以重復(fù)測量2次零件的邊緣輪廓，兩次測量結(jié)果相減即為位移量。基于上述原理可以為形狀簡單、尺寸較小的在線工件進行精密測量。例如，電子接插件的生產(chǎn)速度至少為300件/分鐘，使用機器視覺技術(shù)可以實現(xiàn)0.01mm級別的精密測量。

2.逆向工程

如果說測量零件尺寸、減少誤差值、避免不達標零件流入市場是機器視覺技術(shù)的正向應(yīng)用，那么機器視覺技術(shù)還能應(yīng)用于機械制造的逆向工程，即通過攝像頭測得標準價的輪廓坐標值，構(gòu)建曲面并轉(zhuǎn)換為圖形，經(jīng)由只能系統(tǒng)輸送到加工機器中進行產(chǎn)品的制作。簡而言之，其實就是借助機器視覺技術(shù)的測量系統(tǒng)測得標準件的三維尺寸與各個位置的精確數(shù)據(jù)，給予曲面處理并最終加工成型。目前，CCD光電器件發(fā)展非常迅速，可以基于三角法對零件表面輪廓進行快速的視覺測量，由激光穿過而產(chǎn)生的條紋結(jié)構(gòu)光輝投射到零件表面，基于零件表面因深度、曲率不同而形成的條紋，由CCD攝像機來獲得條紋的變化，計算機將圖像信息轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，再將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，最后將信號還原至圖像處理系統(tǒng)中，獲得三維輪廓圖像。

（三）應(yīng)用方向之三——自動焊接機器人

自動焊接機器人是機械制造自動化發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，在機器人身上安裝紅外攝像儀與CCD攝像機可以使其具有視覺功能，機器人內(nèi)部安裝有模擬工人生產(chǎn)行為模式的人工智能，再加上視覺感知功能，可以在搶弧光與飛濺條件下完成人工無法進行的焊接操作。當(dāng)然，這一方向的應(yīng)用在我國目前較為少見，受技術(shù)所限，我國在焊接精度上依然難以得到保證。

結(jié)語

本文首先介紹了機器視覺技術(shù)的概念與特點，隨后介紹了機器視覺技術(shù)在機械制造自動化領(lǐng)域的三大應(yīng)用方向，旨在點明機器視覺技術(shù)的美好發(fā)展前景，使機器視覺技術(shù)得以在機械制造自動化領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

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