機器視覺技術(shù)及其在機械制造自動化中的應(yīng)用分析

蘭鵬飛

[摘要]隨著機械制造業(yè)的不斷發(fā)展進步，其對視覺技術(shù)的需求也有了明顯的提高，從而使機器視覺技術(shù)也不得不快速發(fā)展。現(xiàn)階段在機械制造業(yè)中，視頻技術(shù)與紅外線成像相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用已近相當普遍，其中相對計算機視覺技術(shù)運用最為廣泛，就是通過計算機相關(guān)的監(jiān)控人員對圖像進行理解。文章主要通過機器視覺技術(shù)的概念、在機械制造自動化中的應(yīng)用以及在自動焊接機器人中的應(yīng)用進行了闡述和分析。

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

就目前而言，人類肉眼能夠?qū)崿F(xiàn)的視覺觀察功能，機器視覺技術(shù)也完全可以實現(xiàn)，甚至比人眼能夠更精確的進行判斷和測量，對一些客觀三維世界中的目標借助計算機進行識別。目前機器視覺技術(shù)就已經(jīng)有非常強大的性能，例如：具有非常高的測量精準度以及判斷靈敏度、極快的判斷及測量速度、較強的抗電磁干擾能力、噪聲低等，并且還能夠處理與計算機聯(lián)動的計算機信息數(shù)據(jù)，有效降低企業(yè)生產(chǎn)中的工作量，提高生產(chǎn)建設(shè)效率。機器視覺涉及到的行業(yè)非常廣泛，尤其在機械制造自動化中將其利用價值最大化。

一、機器視覺技術(shù)的概述

機器視覺技術(shù)，對很多人來說這可能是一個相對比較陌生的技術(shù)，下面將對機器視覺技術(shù)進行詳細的概述。所謂機器視覺技術(shù)，其實就是對相關(guān)的機械制造通過計算機獲取物相信息的過程，并且同時利用自身分析功能對獲取的信息進行測量和計算，因此就實現(xiàn)了一項較為先進的智能監(jiān)控技術(shù)。要想實現(xiàn)機器視覺技術(shù)，首先應(yīng)該利用相關(guān)的CCD攝像機拍攝，再對拍攝的內(nèi)容進行智能化處理及綜合分析，最后輸出相關(guān)的檢查結(jié)果即可。同時它還具備靈敏度高、靈活便捷、適應(yīng)性強等特點，能夠很好地促進機械制造的發(fā)展。

二、在機械制造自動化中的應(yīng)用

首先對于相對精密的零件尺寸進行測量。然而機器視覺重要的一個領(lǐng)域就是精密測量，其測量原理如下圖1所示。

檢測系統(tǒng)主要由光學(xué)系統(tǒng)、CCD攝像機、計算機處理系統(tǒng)三個基本單元組成。如果對移動物體進行測量，對邊緣輪廓重復(fù)測量兩次，兩次測量結(jié)果之差就是位移量。當出現(xiàn)兩條平行輪廓時，說明兩者位置之差就是其尺寸。對形狀單一、尺寸小的物體進行測量時上面的系統(tǒng)更能發(fā)揮其作用，尤其對批量生產(chǎn)的工件檢測更適合。例如，在對電子接插件進行檢測時就用到了該系統(tǒng)，他的生產(chǎn)速度極快，每分鐘可達數(shù)百件，而測量尺寸的級別為0.01毫米。其次是在逆向工程中的應(yīng)用。對于現(xiàn)有的工件輪廓坐標值利用3D數(shù)字化測量儀器快速準確地進行測量，并且可以構(gòu)建曲面，同時轉(zhuǎn)換成而且還能夠構(gòu)建曲面并且轉(zhuǎn)換成CAD/CAM系統(tǒng)圖形，而且還可以保存，再由CAM輸送至CNC進行加工。上述生產(chǎn)環(huán)節(jié)就是基本的逆向工程。從以上講解中我們可以發(fā)現(xiàn)對樣品三圍尺寸通過精密的測量系統(tǒng)進行測量同時獲取每個位置的數(shù)據(jù)是逆向工程最重要的環(huán)節(jié)，然后進行曲面處理，最后加工成型。在CCD光電器件快速發(fā)展的同時，出現(xiàn)了一種對表面輪廓快速測量的技術(shù)。下圖就是對物體表面輪廓結(jié)構(gòu)通過線結(jié)構(gòu)光測量示意圖。

該測量方法的原理為：激光穿過距離相等并且平行直線振幅光柵組件，或者通過干涉儀形成干涉條紋，同時產(chǎn)生相應(yīng)的平面條紋結(jié)構(gòu)光，再將其投射在物體表面上，由于物體表面曲率和深度存在差距，條紋會發(fā)生變化，接著再對CCD攝像機拍攝變形的條紋進行利用，就可以對物體表面的輪廓變化情況進行分析。在圖像的拍攝過程中，先是圖像信號到模擬信號的轉(zhuǎn)化，接著再進行轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最后圖像處理系統(tǒng)再進行還原就形成了三位輪廓圖像。

三、在自動焊接機器人中的應(yīng)用

首先通過對紅外攝像儀、CCD攝像機、X光探傷儀等圖像采集元件的加裝，使自動焊接機器人具備視覺功能，從而使它能夠進行很多高難度的焊接動作，同時還具備視覺感知功能。例如，對于強弧光及飛濺干擾的情況下焊縫圖像的獲取、焊縫參數(shù)的提取以及特殊環(huán)境下如水下焊接工作，人工是很難完成的。最重要的是焊接機器人還可以保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性以及可靠性。焊接機器人的視覺傳感系統(tǒng)是一個相對復(fù)雜的系統(tǒng)，由三個元件組成，分別為：單光點一維視覺傳感，其組件為光電接收單元；二維視覺傳感，它是由電掃描平面陣列進行成像的；三維視覺傳感系統(tǒng)，它的組成為多個低維視覺傳感。由于焊接工藝上計算機視覺技術(shù)的廣泛運用，使得熔池形狀檢測、焊道形貌檢測與控制、熔透控制、焊縫跟蹤、熔池形狀檢測等技術(shù)有了明顯的進步，逐步實現(xiàn)了智能化與自動化。一些先進的制造對焊接技術(shù)要求非常嚴格，所以機器焊接還需要更快的發(fā)展，盡快解決準確性、可靠性、復(fù)雜性等問題。我國已經(jīng)對機器焊接展開了深刻的研究，并且取得了不少成果。國外也開發(fā)出了新型焊接機器人，并且應(yīng)用在了機車制造及航天等領(lǐng)域。相信不久的將來焊接技術(shù)將會有更廣闊的前景，為建設(shè)制造提供更大的利益。