機器視覺技術在機械制造自動化中的應用研究

穆臨平

【摘 要】生產(chǎn)科技的不斷進步促使著我國機械制造行業(yè)整體水平的提升，特別是機器視覺技術在機械制造自動化生產(chǎn)當中的應用，在很大程度上提高了機械制造的生產(chǎn)效率。該技術的核心原理即為視頻影像以及應用型紅外線成像技術基于此，本文針對機器視覺技術展開了探討，并分析了該技術在機械制造自動化的相關生產(chǎn)活動當中的應用。

【關鍵詞】機器視覺技術；機械制造；自動化技術；應用

引 言

當前我國的機械制造業(yè)正式進入工業(yè)4.0階段，已經(jīng)在逐步向全面自動化生產(chǎn)方向發(fā)展，但同時許多機械對于零部件規(guī)格標準的要求也有顯著提高，部分零部件的加工生產(chǎn)必須由機器代替，這就要求企業(yè)能夠?qū)C器視覺技術成熟運用。，通過總結(jié)實踐經(jīng)驗教訓可以發(fā)現(xiàn)，科學合理地運用機器視覺技術，既能夠大幅減少勞動力資源的浪費，還可以明顯提高機械生產(chǎn)的工作效率，為國內(nèi)機械制造行業(yè)提供強有力的保障。

一、機器視覺技術的概述

機器視覺技術實質(zhì)是指通過機器代替人眼對零部件或其他工件進行判斷測量的技術，即借助計算機技術對工件進行三維立體的測量識別，將以往的工件實體處理轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像、視頻等視覺感官信息處理。該技術特點鮮明：靈敏度高、速度快、精準度高，并且噪音較小、抗電磁能力強，十分便于應用在自動化制造技術當中，在一定程度上解放了勞動生產(chǎn)力，并且大幅度提高了生產(chǎn)制造效率，在目前國內(nèi)機械加工制造行業(yè)內(nèi)部應用相當廣泛，比如在部件實時監(jiān)控、工件非接觸測量以及檢測圖像采集等方面。當前該技術已經(jīng)趨于成熟，并且逐步發(fā)展為現(xiàn)代測量測試的核心技術，對機械制造加工有著非常重要的作用。

二、機器視覺技術的原理及組成

機器視覺技術在實際應用中擁有特定的工作系統(tǒng)，其系統(tǒng)包括光源、攝像分揀機構、圖像采集裝置、計算機、打印機、信息顯示器、傳送器以及光敏傳感器八個部分構成。該系統(tǒng)在實際工作中，將圖像攝取裝置采集到的波信號經(jīng)過數(shù)字處理轉(zhuǎn)化為圖像信號，然后經(jīng)過計算機傳遞處理，借助專業(yè)的影像處理系統(tǒng)對圖像信號進行數(shù)字化處理，根據(jù)像素、顏色及亮度對比度分布的差異，最終將其轉(zhuǎn)化為直觀的數(shù)字信號，以便相關工作者對其進行判斷評估。

三、機器視覺技術在機械制造自動化技術當中的應用

（一）解決工件間相對位移問題的應用

機器視覺技術在機械制造自動化技術當中應用最廣泛的就是關于零部件尺寸規(guī)格的精密測量，效果明顯并且效率較高。機器視覺技術在精密測量零部件時，采集影像步驟涉及到光源、被測零部件、顯微攝像裝置、CCD成像系統(tǒng)以及攝像機等部分，整個測量系統(tǒng)又可劃分為攝像裝置、光學系統(tǒng)和計算機處理系統(tǒng)。測量時，光源打出的平行光線在被測零部件處反射，其輪廓邊緣透過顯微攝像裝置進入CCD成像系統(tǒng)，從而經(jīng)過計算機處理，在攝像機內(nèi)部形成直觀圖像，即為被測零部件的邊緣輪廓圖像。經(jīng)過反復測量比對，就可以發(fā)現(xiàn)零部件之間的相對移動，然后借助計算機對其相對位移做數(shù)字化處理，得出位移差進而解決工件間相對位移的問題。

（二）對零件尺寸的測量

機器視覺的一個重要應用領域就是進行精密測量。主要組成原件是ccd攝像頭，處理系統(tǒng)，光學系統(tǒng)。其原理為：平行光從光源發(fā)出并照射到檢測部位，在面陣ccd像面上，可以得到輪廓成的像。之后輪廓位置就會在計算機的處理面板中得到顯示。若有位移產(chǎn)生，則再次測量。于是兩次的差值就是所希望得到的結(jié)果。很明顯，如果在一幅圖像內(nèi)可以得到兩條平行的輪廓邊緣，則尺寸即為兩者位置的差值。對于數(shù)量大，尺寸小的工件，更能顯示出其優(yōu)點。

（三）逆向工程中的應用

所謂逆向工程就是對一個工件，利用各種數(shù)字測量儀測量出輪廓坐標，并通過一系列的處理后，利用cnc加工機制制作所需的樣品模型。由此可知，快速、高效地測量樣品輪廓是首先需要解決的問題。而因為ccd光電器件的發(fā)展，快速輪廓視覺技術也隨之產(chǎn)生。它是以三角法為基礎，使用線結(jié)構光來測量的一種新式方法。

（四）測量預調(diào)和工件磨損

在測量時，因為不同工件的自身特點和特殊性，往往會受到多方面的因素限制。例如當工件形狀奇特或發(fā)生形變，想精準測量就有許多困難。在工程上，一些裝載于大型機器上的小部件經(jīng)常受到磨損，想測量的話，只能將其卸下，然后人工進行。這無疑增大了工作量。于是人們自然想到利用機器視覺來進行測量，不僅精準而且方便。2002年，在文獻的基礎上，逐一進行了對誤差分析的實驗，提高了系統(tǒng)的可用性。除此之外，計算磨損度方法的理論的提高，簡化了處理過程。

（五）關于工件檢測的應用

機器視覺技術具有靈敏度高、精準度高的特點，因此在零部件精準測量方面的應用極為廣泛，比如可以應用在工業(yè)電路板的檢測工作中，提高檢測結(jié)果的準確可靠性，對不符合產(chǎn)品規(guī)格的電路板進行修改或者淘汰，進而使工業(yè)電路板的質(zhì)量得到保障。利用機器視覺技術檢測工業(yè)電路板可以保證工業(yè)電路板的質(zhì)量，減小傳統(tǒng)人工檢測給產(chǎn)品質(zhì)量帶來的質(zhì)量缺陷，進而促進工業(yè)電路板檢測工作更加專業(yè)化、規(guī)范化。機器視覺技術在工業(yè)電路板檢測中應用的最顯著的專業(yè)性優(yōu)勢就是利用該技術可以對被測部件進行全方位掃描檢測，從而了解電路板表面區(qū)域線路連接的情況甚至更細小的部位信息。對電路板進行無死角的檢

（六）關于工件焊接的應用

工件焊接對于人工操作的要求非常嚴格，焊接位置、焊接時間以及焊接環(huán)境都是人工焊接所面臨的問題，高空、高溫等成為焊工們的負擔，而機器視覺技術在焊接工作的應用，在很大程度上解決了這一問題。借助計算機將該技術裝置安裝到焊接機器人的系統(tǒng)內(nèi)部，不僅可以代替人工完成一些高難度、高要求的焊接工作，而且對其工作效率以及質(zhì)量也有很好的保障。在實際操作過程中，焊接機器人的信息處理系統(tǒng)會借助機器視覺技術收集并分析數(shù)據(jù)結(jié)果，然后精確計算出焊接點的位置，明顯改善傳統(tǒng)人工焊接工作在焊接工作中誤差大、可操作性差的缺點。另外在噴濺的環(huán)境中，焊接機器人的應用還可以有效避免焊工受到傷害。

（七）機器視覺技術激光檢測系統(tǒng)

目前，國內(nèi)外對于機器視覺技術激光檢測系統(tǒng)的應用已經(jīng)非常廣泛，而且檢測效果相當明顯，比如在機械加工、電子加工以及汽車制造檢測等行業(yè)的生產(chǎn)制造。其中最著名的應用案例就是福特汽車和凱特拉普公司在北美汽車研究所的研究，利用三維圖像成像技術，借助激光雷達在7秒內(nèi)完成對大型工件箱的整體掃描檢測，然后借助三維成像的數(shù)學模型，識別確定機械手抓取工件的最佳落手點，從而機械手視覺成像系統(tǒng)得出最終的計算結(jié)果，將工件箱準確的放到傳輸帶里面，最終完美解決了現(xiàn)代流水線生產(chǎn)中的最后一項自動化問題。這不僅給大型流水線生產(chǎn)提供了技術支持，也是機械制造自動化的重要技術支撐，為將來的自動化技術發(fā)展提供了強有力的專業(yè)基礎。

四、結(jié)束語

綜上所述，機器視覺技術在機械制造自動化技術當中的應用已經(jīng)相當普遍，而且對于提高工作效率、保障生產(chǎn)質(zhì)量以及解放勞動力有著非常重要的作用，很大程度上促進了機械制造與檢測行業(yè)的發(fā)展，所以我們應該加強對這項技術的研究和應用，以保證機械制造行業(yè)的快速發(fā)展，從而推動社會經(jīng)濟的進步。

參考文獻：

[1] 吳繼方. 淺談機器視覺技術在自動化制造業(yè)中的應用[J]. 山東工業(yè)技術， 2016（11）：235-235.

[2] 胥磊. 機器視覺技術的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 設備管理與維修， 2016（9）：7-9.

[3] 成文. 基于機器視覺技術的機械制造自動化技術應用研究[J]. 科技展望， 2017， 27（4）.endprint