李海鵬

（四川工程職業(yè)技術學院，四川 德陽 618000）

1 幾何特征下數(shù)字圖像的結構分析

機械產品向著高精度、高速度、自動化、現(xiàn)代先進制造模式邁進，實現(xiàn)智能制造、綠色制造到感知制造。目前我國能夠用于生產制造的視覺機器未能夠充分的滿足生產線在線識別和檢測的要求，在一定程度上不但導致了視覺機器使用受到了限制，給機械產品的制作帶來不利的影響，使產品規(guī)格、形態(tài)、標準的制作水平降低，最為普遍的是識別結果與實際制造應用特征表現(xiàn)不一致，對產品的圖像特征描述不一致。大量的數(shù)據研究證明，機械產品與其數(shù)字圖像有著一致性的映射特征，產品的本質大都呈現(xiàn)為幾何形體狀態(tài)，其映射圖像的特征是幾何形狀和結構特征。所以，在幾何特征下機械產品圖像測度的研究中，基于拓撲學的視角對數(shù)字圖像結構進行分析，從視覺感知與圖像工程、數(shù)字圖像（機械視覺中的圖像基本上通過CCD 工業(yè)機器人眼睛對被測對象及其背景給定一種相似性描述）、圖像工程（對數(shù)字圖像進行處理，獲得預期的圖像信息，機器視覺中圖像處理技術的智能化應用主要包括圖像處理、圖像分析和圖像理解三個過程）、圖像描述模建立。（如圖1）

圖1

幾何特征下機械產品圖像的數(shù)字結構包括以上4個方面。

2 幾何特征下機械產品圖像測試特征空間建立

機械類產品中，將機械圖像的集合特征應用于視覺機器的創(chuàng)新中，首先應該意識到的機械類產品的圖像一般都是比較復雜的，而且圖像的形成立體感比較強，所以在機械圖像識別的過程中，對于圖像處理需要建立相應的空間，以給與充足的空間，對圖像成像的特征和提取的方式進行分析，為進一步的理解和分析圖像奠定基礎。而在整個過程中，最為重要的則是機械產品圖像特征的描述，這是對圖像進行處理的關鍵方法。

以上機械產品圖像測度精確化的過程中，必須建立幾何結構特征的空間。具體而言，則是表現(xiàn)在一方面現(xiàn)今大量的比較零散的、小結構運轉所使用的零件作為生產制造的主要部分。這些分散的、結構性零件雖然在檢測的過程中，其檢測的形狀基本上是相同的，尤其是體現(xiàn)在幾何圖形的成形規(guī)則和空間結構的位置基本上是一致的，但是流水線的工業(yè)生產中，如果視覺機器對結構性零件的視覺檢測受到光照等因素的影響，從而導致某些零件呈現(xiàn)的是不完善的圖像，這樣則意味著該零件幾何特征結構的空間建立不夠或者不明顯，而且對于相關的零件未能夠準確的定位，以此導致實際檢測工作超出了特殊的測量范圍，從而造成了零件結構檢測的失誤或低精確度。另一方面，則是通信端子作為機械類產品生產中常生產的部件，由于生產的尺寸比較小，所以一旦視覺檢測中出現(xiàn)光照不足的問題，那么則會立即促使通信端子產生嚴重的變形，造成體現(xiàn)在每一列和每一行端口的圖像也是極不完整的。而且，對于工業(yè)生產中常見的螺紋形狀的接頭，其在成像的過程中，非常容易由于軸承內圈的存在而促使需要檢測的端面無法完整的顯現(xiàn)出來，最終的成像結果也是不完整的圖像。針對以上存在的問題，需要根據測量對象的特征，設置專門化的幾何特征檢測空間，而對于某些端面較多，不容易建立幾何特征空間的，可以通過尋找使用相似的圖像或結構進行替代使用，而這一般同時也需要結合特征空間的轉換。

在具體的進行機械幾何空間建立中，一般所運用的是基于幾何形態(tài)特征的純元相似性度量（對幾何圖像進行二維特征，即矩特征的構建與描述）、 基于拓撲維數(shù)的相似圖形度量（主要是在機械產品所構建的二維圖形空間里，如果利用拓撲維數(shù)概念，能夠促使相同的圖形元素可以用統(tǒng)一參數(shù)度量其形狀，而拓撲維數(shù)是測量相同或相似的圖形元素的有效工具）、復雜邊界圖形的豪斯多夫測度（此種方法主要是針對機械零件中各部分幾何形體并不具有理想的完全一致的形狀的情況上而進行的，利用圖像比例的轉換，對相似的圖像進行測量）等方面對機械產品的幾何特征空間進行建立。

3 幾何特征下機械產品圖像視覺檢測軟件運用

機械類產品視覺機器圖像幾何特征的充分應用，需要積極的強化軟件技術的開發(fā)應用，以此能夠從軟件和硬件上做到協(xié)調使用，促進成像精確度的提高。檢測軟件的運用需要實現(xiàn)動態(tài)化的、全天候的檢測，而且在實際產品成像檢測的過程中，產品的規(guī)格大小不同，尤其是其形狀、結構不同，需要隨時轉換檢測功能和檢測要求。能夠改變過去統(tǒng)一的、一體化的檢測模式，根據實際要求和檢測特征，分為相應的模塊，進行模塊化的檢測，得出精確度高的成像檢測要求，滿足現(xiàn)代化的生產需要。

基于以上分析，幾何特征機械產品視覺檢測軟件技術創(chuàng)新使用中，首先對于軟件功能的構建應明確，軟件功能最為主要的則是能夠通過圖像的成像及時的檢測到產品是否存在結構缺陷和尺寸方面的問題。而在實際功能構建的過程中，其應該滿足可修改性（內外部模塊之間獨立的修改彼此之間不會產生影響）、可讀性（軟件的功能明確，且工作人員能夠通過特定的代碼進行系統(tǒng)的定時維護）、可驗證性（軟件技術應用中所構成的模塊，工作人員可以通過特定的方式進行驗證，如有問題，可以及時的調試）、可移植性（模塊對環(huán)境的適應性高）。而基于模塊基礎上的軟件技術的構建和使用，能夠在模塊結構清晰和功能明確的基礎上，促使圖像檢測團建在代碼重組、設計結果重組、分析結果重組三方面進行總體設計和使用，而且最為主要的則是如果對于檢測的需求和指標改變時，工作人員只需要通過修正代碼模塊進行，而不需要對整體的系統(tǒng)結構進行改變，以此最大化的滿足軟件應用的壽命，在一定程度上是經濟投入有效控制的表現(xiàn)。

總體上，幾何特征下機械產品圖像測度檢測軟件技術的應用是提高測試精確度的重要表現(xiàn)，而軟件圖像處理功能的構建應該從幾何運算、點運算、邊緣提取、圖像恢復、圖像增強、定位、檢測以及缺陷識別等功能模塊進行構建。

4 幾何特征圖像處理技術應用

幾何特征下圖像處理技術的創(chuàng)新應用主要集中在在線機器視覺檢測的方向應用中。在生產線高速生產的過程中，人工檢測為了能夠達到提高檢測效率的目的，無法進行全部的檢測，而是采取部分抽查檢測的方式，這種方式無法滿足高精度的測試要求。另外方面，現(xiàn)代化機械生產的環(huán)境也是比較復雜的，人工檢測存在很多極其不方便的問題，幾何特征下在線視覺檢測系統(tǒng)能夠對較為復雜的結構進行檢測，尤其是軸承、螺紋、端子等結構比較復雜的部件，進行跟蹤檢測和缺陷檢測具有很大的優(yōu)勢。

基于在線檢測視覺系統(tǒng)構建的必要性的前提下，機器視覺系統(tǒng)的流程首先則是通過圖像傳感器獲取基礎的圖像,然后在相關的軟件技術輔助下，將最初獲得的圖像相關的信息傳送至相關的模塊進行處理，最后，則是在相關指標和要求存在的基礎上，對圖像進行尺寸、規(guī)格、包裝以及缺陷方面的結果對比和分析，以此發(fā)現(xiàn)問題。而在線視覺檢測系統(tǒng)最為主要的功能構建則是機械產品缺陷的檢測和結果反饋?，F(xiàn)今常用的有光源照明技術、光學成像技術、傳感器技術、數(shù)字圖像處理技術、模擬與數(shù)字視頻傳輸技術、信號處理技術、機械工程技術、自動控制技術、計算機軟硬件技術、人機接口技術。

滾子軸承裝配在線缺陷檢測系統(tǒng)， 主要是通過CCD 獲取有裝配軸承圖像，經圖像處理識別缺陷產品并及時檢測并剔除，保證裝配后續(xù)生產工序順利進行，既可降低生產成本，又可滿足自動化作業(yè)。在實際應用中首先保證檢測速度 40～60 個 / 分鐘；其次，能夠識別滾子少裝、滾子反裝等裝配缺陷且檢測設備準確率達99.9% 以上；此種檢測技術常常運用于多規(guī)格錐形軸承產品檢驗，提供人機化交互界面，操作簡單，且最終的記錄能夠保存存儲。

5 結語

綜上所述，結合特征下機械產品圖像測度的創(chuàng)新研究是機械類產品現(xiàn)代化生產的重要的體現(xiàn)，而在實際進行創(chuàng)新構建的過程中，能夠從基于幾何特征下圖像測度空間的有效建立、幾何特征下測度軟件技術的應用以及幾何特征圖像處理技術應用等方面整體上促進機械產品圖像測度精確度和有效的提高，提高生產線的檢測效率，滿足現(xiàn)代化生產線機械類產品的生產要求。

[1]董富強. 基于機器視覺的零件輪廓尺寸精密測量系統(tǒng)研究[D].天津科技大學, 2014.

[2]關波. 刀具幾何參數(shù)圖像測量技術研究[D]. 中北大學, 2015.