穆臨平/山西太原理工大學(xué)

機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動化中的應(yīng)用研究

穆臨平/山西太原理工大學(xué)

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

機(jī)器視覺技術(shù)；機(jī)械制造；自動化技術(shù)；應(yīng)用

引 言

當(dāng)前我國的機(jī)械制造業(yè)正式進(jìn)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(jī)械對于零部件規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的要求也有顯著提高，部分零部件的加工生產(chǎn)必須由機(jī)器代替，這就要求企業(yè)能夠?qū)C(jī)器視覺技術(shù)成熟運用。，通過總結(jié)實踐經(jīng)驗教訓(xùn)可以發(fā)現(xiàn)，科學(xué)合理地運用機(jī)器視覺技術(shù)，既能夠大幅減少勞動力資源的浪費，還可以明顯提高機(jī)械生產(chǎn)的工作效率，為國內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)提供強(qiáng)有力的保障。

一、機(jī)器視覺技術(shù)的概述

機(jī)器視覺技術(shù)實質(zhì)是指通過機(jī)器代替人眼對零部件或其他工件進(jìn)行判斷測量的技術(shù)，即借助計算機(jī)技術(shù)對工件進(jìn)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(shù)特點鮮明：靈敏度高、速度快、精準(zhǔn)度高，并且噪音較小、抗電磁能力強(qiáng)，十分便于應(yīng)用在自動化制造技術(shù)當(dāng)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(jī)械加工制造行業(yè)內(nèi)部應(yīng)用相當(dāng)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(dāng)前該技術(shù)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(shù)，對機(jī)械制造加工有著非常重要的作用。

二、機(jī)器視覺技術(shù)的原理及組成

機(jī)器視覺技術(shù)在實際應(yīng)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(jī)構(gòu)、圖像采集裝置、計算機(jī)、打印機(jī)、信息顯示器、傳送器以及光敏傳感器八個部分構(gòu)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(jī)傳遞處理，借助專業(yè)的影像處理系統(tǒng)對圖像信號進(jìn)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(guān)工作者對其進(jìn)行判斷評估。

三、機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動化技術(shù)當(dāng)中的應(yīng)用

（一）解決工件間相對位移問題的應(yīng)用

機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動化技術(shù)當(dāng)中應(yīng)用最廣泛的就是關(guān)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(jī)器視覺技術(shù)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(jī)等部分，整個測量系統(tǒng)又可劃分為攝像裝置、光學(xué)系統(tǒng)和計算機(jī)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(jìn)入CCD成像系統(tǒng)，從而經(jīng)過計算機(jī)處理，在攝像機(jī)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(fù)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(jī)對其相對位移做數(shù)字化處理，得出位移差進(jìn)而解決工件間相對位移的問題。

（二）對零件尺寸的測量

機(jī)器視覺的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域就是進(jìn)行精密測量。主要組成原件是ccd攝像頭，處理系統(tǒng)，光學(xué)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(jī)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(yīng)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(biāo)，并通過一系列的處理后，利用cnc加工機(jī)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(shù)也隨之產(chǎn)生。它是以三角法為基礎(chǔ)，使用線結(jié)構(gòu)光來測量的一種新式方法。

（四）測量預(yù)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(dāng)工件形狀奇特或發(fā)生形變，想精準(zhǔn)測量就有許多困難。在工程上，一些裝載于大型機(jī)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(jìn)行。這無疑增大了工作量。于是人們自然想到利用機(jī)器視覺來進(jìn)行測量，不僅精準(zhǔn)而且方便。2002年，在文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，逐一進(jìn)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(guān)于工件檢測的應(yīng)用

機(jī)器視覺技術(shù)具有靈敏度高、精準(zhǔn)度高的特點，因此在零部件精準(zhǔn)測量方面的應(yīng)用極為廣泛，比如可以應(yīng)用在工業(yè)電路板的檢測工作中，提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性，對不符合產(chǎn)品規(guī)格的電路板進(jìn)行修改或者淘汰，進(jìn)而使工業(yè)電路板的質(zhì)量得到保障。利用機(jī)器視覺技術(shù)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(jìn)而促進(jìn)工業(yè)電路板檢測工作更加專業(yè)化、規(guī)范化。機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)電路板檢測中應(yīng)用的最顯著的專業(yè)性優(yōu)勢就是利用該技術(shù)可以對被測部件進(jìn)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(xì)小的部位信息。對電路板進(jìn)行無死角的檢

（六）關(guān)于工件焊接的應(yīng)用

工件焊接對于人工操作的要求非常嚴(yán)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(fù)擔(dān)，而機(jī)器視覺技術(shù)在焊接工作的應(yīng)用，在很大程度上解決了這一問題。借助計算機(jī)將該技術(shù)裝置安裝到焊接機(jī)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(jī)器人的信息處理系統(tǒng)會借助機(jī)器視覺技術(shù)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(jī)器人的應(yīng)用還可以有效避免焊工受到傷害。

（七）機(jī)器視覺技術(shù)激光檢測系統(tǒng)

目前，國內(nèi)外對于機(jī)器視覺技術(shù)激光檢測系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，而且檢測效果相當(dāng)明顯，比如在機(jī)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(yīng)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(shù)，借助激光雷達(dá)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(xué)模型，識別確定機(jī)械手抓取工件的最佳落手點，從而機(jī)械手視覺成像系統(tǒng)得出最終的計算結(jié)果，將工件箱準(zhǔn)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(shù)支持，也是機(jī)械制造自動化的重要技術(shù)支撐，為將來的自動化技術(shù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的專業(yè)基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語

綜上所述，機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動化技術(shù)當(dāng)中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)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(jìn)了機(jī)械制造與檢測行業(yè)的發(fā)展，所以我們應(yīng)該加強(qiáng)對這項技術(shù)的研究和應(yīng)用，以保證機(jī)械制造行業(yè)的快速發(fā)展，從而推動社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步。

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