機器視覺技術及其在機械制造自動化中的實踐探索

新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院 戚航

機器視覺和自動化的本質是一致的，所以該技術嵌入自動化相關環(huán)節(jié)也是一種必然。當今工業(yè)領域的發(fā)展也是追隨著市場的需要來定奪走向的。很顯然，機器視覺作為優(yōu)于人類視覺的先進技術，能夠符合自動化生產的高效率、少成本要求。可以說，人們對機器視覺挖掘得越深，越有利于提高相關領域的生產力。然而，很多人對機器視覺的理解都停留在字面含義，不了解其更準確的定義以及在生產實際中的應用。為此，本文做了以下闡釋：

1 關于機器視覺技術

1.1 技術概念

機器視覺技術是一項覆蓋多領域學術技術的科學技術[1]。對機器視覺技術的理解，首先要談到人類視覺。人類視覺是引發(fā)機器視覺研究的基礎。機器視覺模擬人的視覺感官，以求實現(xiàn)如人一樣的對面前事物進行分辨，從而替換人力，嵌入機器設備而使之改造升級。需重點提出的是，機器視覺不僅能仿人類視覺能力，同時還能對所“見”物體展開精確測量與定位等更高級的操作，它在某種意義上超越了人的視覺。

目前，CCD攝像機是機器視覺技術得以產生價值的關鍵。機器視覺技術發(fā)揮功能就在于要對信息進行提取，而CCD攝像機就像是它的瞳孔，為它進行提取信息、監(jiān)測信息等操作。CCD攝像機所獲得信息都是以數(shù)據(jù)的形式收入電子信息軟件，然后實現(xiàn)以信息技術為依托的全方位檢測。可以說，CCD攝像機為機器視覺技術的操作平添了信息提取力，而信息技術則為它平添了超強的判斷力、數(shù)據(jù)分析力。

1.2 技術優(yōu)勢

機械制造自動化領域隨著科學的進步發(fā)展過程引人注目,很多研究者將機械制造自動化和獨特的技術手段相結合[2]。伴隨工業(yè)生產的不斷改造升級，機器視覺技術早已成為更加系統(tǒng)化的、成熟的技術，擁有自己特定的、穩(wěn)定的運作程序、模塊功能，如光學鏡頭、光源、顯示器、工業(yè)相機等。該技術的相關運作原理可以理解為，圖像—信號—數(shù)字模型—數(shù)據(jù)評測。

機器視覺技術的在工業(yè)制造、生產領域的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一方面，減少了開發(fā)的阻礙，降低了難度。這是因為人們可以利用相同的軟件來開發(fā)視覺、運動系統(tǒng)，而無需要求其對多種編程語言或環(huán)境進行引申。另一方面，該技術使得數(shù)據(jù)可以在單個應用中進行相對固定的環(huán)路之間的傳遞，打破了物理層面的限制。這樣一來，數(shù)據(jù)的共享過程穩(wěn)定而不復雜，其做出的傳遞反饋也及時而價值非常，能幫助人們進行更精密的自動化設計。此外，機器視覺技術還有噪聲污染小、運行速度快等優(yōu)點。

1.3 技術未來走向

（1）開放標準變?yōu)榻y(tǒng)一。一項工業(yè)技術的成熟，需要不斷經過各領域應用的實踐檢驗[3]。而我國的工業(yè)發(fā)展也越來越走向了開放。所以，機器視覺技術的未來發(fā)展也將是開放的，但需要對標準加以統(tǒng)一。這也是與世界接軌的要求，有利于技術的健康升級、縱深發(fā)展。

（2）產品發(fā)生替代。計算機技術、微電子技術的發(fā)展攻勢之下，嵌入式系統(tǒng)被越來越多的領域所關注[4]，其系統(tǒng)語言遠遠優(yōu)于板卡式，滿足市場對效率的要求，且便于維護、運轉穩(wěn)定，深受親睞。因此，我們可以斷定，在機器視覺技術的將來，會更多地依托于PC技術，且趨向于對數(shù)據(jù)測控類技術的集成式發(fā)展。

（3）方案一體化。將技術標準進行一體化整合會更有利于對技術的推廣及大范圍實踐[5]，這是技術得以進步的現(xiàn)實依托，且能夠實現(xiàn)其在工業(yè)領域的經濟價值。因此，機器視覺技術在未來將走向方案標準一體化。

2 機器視覺技術在機械制造自動化中的實踐應用

2.1 機器視覺之于測量

（1）機器視覺與精密測量。該技術能夠利用自身功能下的光學系統(tǒng)以及處理系統(tǒng)等實現(xiàn)精密測量對標物體。在測量過程中，技術設備對準物體相關部位，能夠實現(xiàn)高精度定位，而其提取定位數(shù)據(jù)后，還能夠依托于顯微鏡把物體的精確輪廓加以勾勒。這是人眼無法比擬的測量能力。與此同時，為了最大限度地接近完美，該技術可以在短時內采取多次定位測量，以避免數(shù)據(jù)漏洞。

（2）機器視覺與磨損測量。以往的人力磨損測量中，人們基于角度等需要，需要將設備等物體加以拆裝，極大地浪費了時間、人力，且有再次損壞設備的隱憂[6]。而人的主觀因素很容易影響測量結果[7]，誤差也難以保證。機器視覺技術則完全不必進行大的拆裝，減省人力、時間，而且可以依靠簡單的操作即能精準測量。這個過程中，磨損測量效率較高，且其多次、多磨損設備檢測的數(shù)據(jù)信息能夠被整合為數(shù)字模型，幫助人們達成升級化的磨損測量監(jiān)管。

（3）機器視覺與預調測量。該技術在預調測量中有很強的存在價值。對測量的預調需要非常專業(yè)的人員進行操作。而無論哪個行業(yè)，技術人才都是緊缺的，且用工投入的成本又高。有了機器視覺技術，工業(yè)企業(yè)可以將預調的技術人力更換為技術投入，不僅預調精準，而且技術操作發(fā)揮穩(wěn)定、整齊劃一，大大降低了成本，減緩了人才焦慮。相關的工作原理在與其融合光學測量后升級、簡化預調流程，進而帶動效益的增長。

2.2 機器視覺之于自動焊接

機器視覺技術應用在自動焊接過程中時，需要通過其CCD攝像機等關鍵的圖像采集元件獲得原始的圖像數(shù)據(jù)[8]，如熔池形狀數(shù)據(jù)等，然后發(fā)揮信息提取能力，對數(shù)據(jù)進行精準對照，再配合其他施工設備完成自動焊接。由于有精準的對照數(shù)據(jù)，自動焊接的誤差很小，質量擁有保證。同時，在焊接施工中要涉及安全問題，有了機器視覺做替代，以往利用人力的安全顧慮被排除。而且機器視覺可以做到很多超越人力的操作，如焊接機器人的精度焊接就需要依靠該技術進行圖像數(shù)據(jù)由單一維度到多維的整合。

2.3 機器視覺之于工件定位

依托于機器視覺，生產流水線上的工件就能進行充分且快速的圖像處理，進而實現(xiàn)實時定位以及類型識別，這就大大提高了工業(yè)機器人的分揀效率。工件定位的具體實現(xiàn)，需要在自動化制造流程里安置CCD攝像機（根據(jù)規(guī)模確定安置數(shù)量）以實現(xiàn)對生產環(huán)境的監(jiān)控，能夠實時跟蹤零件位置。依據(jù)需要，人們可以采取更高像素的CCD攝像機，并對工件定位的具體精準度進行調控，如控制在＜0.1mm范圍等。

2.4 機器視覺之于工件檢測

自動化生產之下，工件檢測符合安全生產的要求，能夠更好地維護機械運行狀態(tài)，避免操作漏洞。鑒于自動化生產往往是成批走量式的生產，其產品交付中一旦發(fā)生個別化的工件不合格，就會帶來一系列的連鎖反應，導致最后的產品交易無法成功，且影響企業(yè)聲譽。而人力檢測工件不僅工程量巨大，不確定的干擾也多，檢測質量難保障。相對的，機器視覺技術則統(tǒng)統(tǒng)避免了這些問題。尤其是它能到達人的視覺無法到達的精細之處，找到問題真正所在，極大地確保了生產質量安全。在具體的相關應用上，該技術在汽車生產行業(yè)有很好的價值發(fā)揮。

3 有關優(yōu)化機器視覺技術在我國機械制造業(yè)應用的建議

3.1 博引外長，吸收國外技術精華

我國工業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，其機器視覺技術的發(fā)展也迅速普及，在范圍更大的領域發(fā)揮著功用。這些都與我國的制造業(yè)優(yōu)勢分不開。由此而帶來的，來自許多外國的具有國際水平的機器視覺技術經驗、成熟系統(tǒng)等也為我國的相關技術發(fā)展帶來了新契機。在這樣的情況下，我國工業(yè)企業(yè)需要保持科學的態(tài)度、兼容并蓄的風格，對國際性的技術加以學習、借鑒、融合。博引外長自然不是完全的“拿來主義”，我們可以立足于本國的機器視覺技術應用成果以及企業(yè)自身的經營需要，積極吸收國外技術的精華，使其作為外力來催化技術的升級。

3.2 善于內省，以政策扶持作保障

我國的機器視覺技術盡管在速度上異軍突起，但是畢竟是后起之秀，有著技術底子弱的先天劣勢。這就很大程度上桎梏了相關技術的大范圍應用與縱深研究。因此，我國的機器視覺技術要想獲得更優(yōu)質的發(fā)展，還需要來自國家的政策扶持。政策扶持可以讓相關技術的研究、推廣獲得外界更高的認可，也有利于吸引大量資金的投入。因此，我們善于內省自身技術的缺陷，尋求內部的策略優(yōu)化是必要的。

3.3 集眾之長，各企業(yè)間合作研發(fā)

技術的可持續(xù)升級需要有專業(yè)的人才投入研發(fā)、大量的資金投入作為基礎等。這不是單個企業(yè)可以做到的。因此，我國的工業(yè)企業(yè)可以形成行業(yè)內的合作關系，協(xié)同研發(fā)更高級的機器視覺技術，集眾之長，謀長遠之利。由于每一個工業(yè)企業(yè)都有自身的特點，企業(yè)間的合作就可以建立在各自的特點、優(yōu)勢基礎上，大家按照各自優(yōu)勢投入的占比進行效益分成。企業(yè)合作帶來的技術發(fā)展也會為我國整體經濟綜合實力的提升做出貢獻。

4 結語

通過機器視覺技術在當下機械自動化的相關實踐可以看出，該技術具有人力所無法企及的優(yōu)勢，是機器代替人力發(fā)展趨勢的一大代表。在未來，隨著人們不斷地博引外長、內省成長以及合作共研，我國的機器視覺技術將在機械自動化領域突破在測量、自動焊接、工件定位、工件檢測上的應用，而擁有更全方位的拓展。為此，人們需要繼續(xù)以尊重科學、尊重技術、尊重生產規(guī)律等態(tài)度負重前行。