簡析機器視覺技術在機械制造自動化中的應用

楊帆　潘云峰　楊斌

摘 要：機械制造業對視覺技術需求逐漸提高，與之對應的，對視覺技術水平要求也愈高，推動了機器視覺技術的進一步發展。機械制造業中，視頻技術以及紅外線成像技術等應用較為廣泛，特別是一部分應用場合對計算機視覺技術進行了重點運用，也就是說利用計算機有關的一些監控人員來理解圖像。本文對機器視覺技術涵義作出簡單說明，并對機器視覺技術在機械制造自動化中的應用進行了簡析。

關鍵詞：機器視覺技術；機械制造自動化；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.043

當今社會，科學技術發展迅速，促進了機械制造業技術水平的升高。同時，機器視覺技術也因此得以進一步發展。機器視覺技術能夠借由運用計算機來替代人眼進行物象的識別，并對其來進行準確定位及測量等。若工作環境較為惡劣，人工監控難控較大，則可引入機器視覺技術來進行作業。機器視覺技術的應用可以促進工作效率的提高，在一定程度上還節約了勞動資源[1]。

1 機器視覺技術涵義

機器視覺技術這一技術主要是利用計算機在一定程度上來模仿人類視覺功能，然后提取出物象信息，并對其加以識別 及分析，從而對其進行準確檢測、測量、有效監控及定位[2]。這一視覺系統經由CCD攝像機，將現實中物象向圖像進行轉換，且把其傳入處理系統，然后把圖像的一些具體信息例如色彩、分布狀況、色彩等進行分析、整合，并把信息轉變為數字信號，并對這些特征加以分析及判斷，從而把最后檢測結果輸出。指揮系統則按照檢測結果來執行有關操作，從而進行實際控制，將其作為執行指標。該技術運行時產生的噪音不大，且測量數據具有較高的準確性，作業十分靈敏且運行較為靈活，具有較長工作時間，即使環境十分惡劣也可以有效利用，具有較高的信息化處理物象信息的能力[3]。

2 機器視覺技術在機械制造自動化中的應用

2.1 工件檢測

當今社會，傳統檢測模式已經無法適應機械檢測的需求。過去的檢測模式中，許多檢測是以人工檢測為基礎的，利用其開展機械檢測在一定程度上對人力、時間進行了浪費，而且因檢測人員技術水平缺乏統一性，使機械設備品質不一，無法保證質量。人工檢測中，檢測人員工作時間長度大，極易產生過度疲勞，影響了視覺，無形之中讓機械設備質量下降。為使其機械設備品質有所保證，在機械制造中，運用機器視覺技術已經成為必不可少的一項重要手段。

國外在諸多領域例如機械加工、電子生產及汽車制造等應用了對機器視覺技術有所使用的激光機器視覺檢測系統。有很多國家加強了對這一技術的研究，結果較為理想。例如北美汽車工業研究院利用模型數據、三維成像等來識別判斷，對最佳成像點進行了準確定位，可在7秒內結束激光雷達掃描工件箱。我國研發了激光視覺檢測系統，采取激光技術及CCD技術當作視覺傳感器，可對物象三圍坐標進行準確測量，在7秒內完成對汽車車身的檢測，明顯提高了工作效率[4]。

2.2 工件測量

（1）零件的測量。檢測系統主要分為計算機處理系統、光學系統以及CCD攝像頭，利用其照射平行光束于需測量零件，從而提供光源，通過顯微光學鏡來將零件邊緣輪廓進行放大，從而確定零件邊緣輪廓的具有位置。如果想得到位移量，則把測量兩件位移后再測量即可，得出兩次結果之差，如果測量時，所測零件的兩條邊緣輪廓線在相同成像內出現，那么這一位移量及時所測零件對應尺寸。這一系統在測量檢查數目較多的生產零件，尤其是一些體積相對較小，形狀較為簡單的零件進行測量檢查時優勢較為明顯。

（2）工件預調測量。在工件預調測量中，機器視覺技術作用十分明顯。新型預調測量儀器從一定意義上來說，實現了傳統預調測量儀器和當前較為常見機器視覺技術整合，改變了原先預調測量中要求人力及水平高的缺點，促進了工作效率的提高，在一定程度上節約了人力資源，操作過程進一步簡化，和現代社會發展要求更為相符。

（3）逆向工程中的工件測量。當前科技不斷發展，在逆向工程工件測量過程中，機器視覺技術得到了廣泛應用，也就是快速輪廓視覺測量技術，這一技術以三角法作為建立基礎，通過線結構光來對工件表面輪廓進行測量。將平面條紋結構光投射于工件表面中，從而產生了不同條紋變形，分析表面輪廓變化。CCD來攝取條紋圖像時，需通過3次信號轉后才得以保存，經由視頻信號、模擬信號、數字信號。并把存儲信息向監視器傳輸，采取計算機處理系統來對圖像急性處理，從而得出工件模型圖[5]。

（4）磨損度的測量。在機械制造過程中，測量磨損度也十分關鍵。許多機械設備工件因未能對因素充分考慮使測量磨損度進展困難，例如在對切割機磨損度進行測量時，因這種機械設備攜帶有利刃，對其測量需要把有關刀具進行拆除，在一定程度上增加了測量的難度。為盡量減少出現這種情況，需要按照有關機械設備具體情況來選取相應機器視覺技術來對磨損度進行測量，盡量使測量中所需考慮因素減少。

2.3 焊接機器人

機器視覺技術在焊縫跟蹤、熔池形狀、熔透控制、焊道形貌檢測以及焊道控制中應用較多，促進了機器人焊接自動化以及智能化程度。因焊接過程較為復雜，視覺系統應用具有較高造價，當前在焊接機器人時未能得到廣泛應用，需進行一步研究，其中在焊縫熔透控制、接頭特征識別以及焊接跟蹤等諸多方便，機器視覺技術應用的有關研究，成效明顯。

3 結語

機器視覺技術和機械制造自動化關系密切，制造業的不斷發展，需求不斷提高，給機器視覺技術發展帶來了機遇，長此以往，機器視覺技術會從原先的采集—分析—傳遞—判斷逐漸拓展到其他更為開放領域。未來機械制造自動化將和機器視覺技術實現有機融合，且在不斷發展的科學技術影響下，機械制造將實現智能化。

參考文獻：

[1]董娜.基于機器視覺技術的機械制造自動化技術應用[J].中國科技投資，2016（16）：255.

[2]楊剛.機器視覺技術及其在機械制造自動化中的應用分析[J].科技創新與應用，2015（24）：143.

[3]夏永青.探索機器視覺技術在機械制造自動化中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2013（29）.

[4]李仁杰.機器視覺技術及其在機械制造自動化中的應用[J].黑龍江科技信息，2016（12）：80.

[5]陳曉斐.機器視覺技術在機械制造自動化中的應用分析[J].中國設備工程，2017（01）：168-169.

廣東省教育廳教學改革項目：機械設計制造及其自動化專業教學團隊，課題編號：171endprint