基于機器視覺技術的機械制造自動化技術應用研究

趙樹林+陳磊

摘要：在機械制造業中，視頻技術和紅外線成像技術得到了廣泛應用。利用計算機視覺技術，由計算機替代監控人員進行圖像理解已經成為一些應用場合的首選。本文介紹了機器視覺系統的組成，解釋并分析了它在機械制造自動化中的應用，并設想其廣泛的應用前景。

關鍵詞：機器視覺技術；機械制造自動化；應用

1 引言

文明的發展、科技的進步不斷推動著現代工業的創新發展步伐，工業的空前發展催生了一系列的科技創新，尤其是在高精尖的機械制造領域催生了機器視覺技術，以機器代替人來完成許多工作。由于機器沒有感官功能和生命實體，它能在惡劣的環境下保質保量的完成指定工作，能夠快速沒有任何疲倦的保持高效的工作效率和工程質量。對于自動化程度頗高的現代機械制造領域，機器視覺技術已成為生產制造中不可或缺的一部分，在生產過程的一些重要環節起著不可替代的作用，機器視覺技術的創新與發展對機械制造自動化領域具有非常重要的作用。

2 機器視覺技術的有關概述

2.1 機器視覺技術

機器視覺技術指的是，通過計算機對人類所具有視覺功能進行模擬，實現將物象信息進行準確提取、分析、測量以及監控等一系列流程的技術。該項技術首先利用CCD對具體物象進行轉變，使其成為相應的圖像并輸入計算機加以處理，然后對圖像所包含相關信息進行準確分析，最后再以此為基礎將上述分析結果轉化為相應的數字信號進行輸出。機器視覺技術最突出的特點在于效率高、測量精準、噪音小、應用靈活，同時還能夠對不同環境進行及時的適應。

2.2 工作原理和組成

視覺系統的輸出是通過多重運算處理后的結果，而并不是想象的圖像視頻信號。實際上，他的測試就是利用機器來測量和判斷以替代原來眼的功能。機器視覺系統實際上是一個信號轉換的過程。圖像經過攝取裝置的處理之后被轉換成圖像信號，通過各種專業的處理之后被轉換成數字化信號。之后系統通過對目標特征的提取，并且根據結果來控制設備動作。在現代，依據運行環境，它可分為pc-based和plc-based。

3 在機械制造中的應用

3.1 在焊接機器人中的應用

許多焊接機器人其自身和自動焊機都有一定的視覺功能，其功能是通過借助高速攝像機等圖像傳感裝置和高效、自主的處理方法來實現。他們不僅可以完美，快速地完成焊工需要完成的任務，還有機器的自身特點。類似于繪制在干擾情況下的焊接圖像，預測焊接效果，在極端環境下進行焊接工作等人無法完成的工作，他們都能很容易地完成，并能確保焊接質量。視覺傳感在焊接中的體現：（1）單光點一維視覺傳感—以光電接受單元為檢測組件。（2）平面陣列成像式二維視覺傳感—通過機械或電掃描實現。（3）三維視覺傳感—通過多個低維傳感器結合實現。目前，該技術已在多個領域得到應用，機器人焊接的自動化、自主化也隨之得到提升。但由于此項技術過程復雜，因此在制造、調試方面仍有許多困難。而機器存在的問題、漏洞因為尚未廣泛應用而未曾被人發現，也無法進行改進和完善。所以想在短時間內大規模進行普及幾乎是不可能的任務。而在某些方面，研究已經進入了改善階段。如焊接參數優化，接頭特征識別等方面。隨著焊接機器人和機器視覺技術的不斷發展，有許多大型企業已經在進行將兩項技術結合的機器人的開發。毫無疑問，它的工作性能會有巨大的提高。隨之而來的就是更加廣泛的應用領域，和更加光明的發展前景。目前，這種機器人也在多種領域中得到了實際檢驗。

3.2 應用于器件的測量

首先就是對簡單零部件的批量測量，通過光學系統和計算機的處理，對零部件進行照射，由攝像頭采集成像交由計算機處理分析，通過兩次數據的對比差值，計算出零部件的實際尺寸和形狀大小。機器視覺技術對體積小、線條單一的零部件的測量有著顯著的優越性。其次是在器件的預調測量中的應用。傳統的預調測量是通過人工的進行光學投影定位進行測量，這種測量方法難度較大，對操作人員的技術水平要求較高，同時需要大量的人力來滿足生產需求。運用機器視覺技術進行自動化制造中的預調測量，通過三角法將光線投射到零部件表面得到不同形狀的條紋從而確定零部件的外觀輪廓。機器視覺技術改變了預調測量的工作方式，極大的提高了工作效率和測量精度。器件的磨損度同樣也能通過機器視覺技術進行測量。器件的磨損程度很大程度上決定了機器的工作效率和準確性。許多零部件存在特殊的環境之中，無法方便有效的測量其磨損度，通過機器視覺技術能夠在不改變器件的工作環境和工作屬性的前提下完成對其的磨損度測量，檢查是否存在隱患問題。

3.3 工件檢測方向

隨著社會的發展，針對工件檢測所采用的傳統方法已經無法滿足行業要求，這主要是因為傳統檢測方法通常是以人工作為基礎，這不僅會浪費大量的人力資源，還會由于工作人員綜合能力的不同，導致檢測成果質量參差不齊。另外，在長時間的檢測過程中，工作人員也往往會由于過度疲勞而導致精神難以集中，這也在很大程度上對檢測結果的精確程度產生了不利影響，因此，現階段最重要的工作就是通過對機器視覺技術的合理應用，保證檢測工作的順利開展。已經有部分西方發達國家將機器視覺技術應用在了工件檢測的過程中，并將其推廣到了汽車制造、機械加工等多個領域。

4 結束語

機器視覺技術與我們社會許多行業的發展都有聯系，尤其是制造業。不論是我們國家，還是歐美各國，制造業的發展都會促進許多機器新技術的出現和發展。而機器視覺就是其中之一。因為人類需求的不斷提高，機器視覺也有著從原來僅僅采集、分析等到開放性的方向改變的趨勢。在影響機器視覺發展的眾多原因中，雖然人為、商業的影響也是十分巨大的，但制造業的發展需求是決定性的。因為自動化技術和機器視覺息息相關，不可分割，因此此項技術的發展也會促進機械自動化的成熟和完善。

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