探析機器視覺技術在智能制造中的應用

張清郁

（河南工業貿易職業學院，河南 鄭州 451191）

制造業為謀求更大的發展，就不得不有效解決人力成本提升、市場個性化需求越來越高、產品生命周期縮短等問題。智能制造正是以解決并突破相關問題而產生的新型制造生產方式，而機器視覺技術則是代替人力作業、提高生產效率、滿足市場個性化需求的有效技術手段，隨著技術研究的不斷突破，其在智能制造中的應用廣度和深度將不斷深化。

1 概述

1.1 機器視覺技術概述

機器視覺技術是通過計算機或圖像處理器、相關設備模擬人類的視覺功能，通過圖像信息獲取、分析和處理最終應用在客觀事物的檢測和控制當中。機器視覺技術讓機器擁有了眼睛和大腦，相較于傳統的生產機械設備，該技術的智能性和先進性十分突出。機器視覺技術高度自動化、環境適應能力強、生產相率與精度高等優勢使其在工業應用領域發揮巨大作用，尤其體現在識別、檢測、測量等具體的生產領域當中。按照應用領域類型，機器視覺市場可劃分為工業和非工業應用，目前工業領域的應用最為廣泛，在非工業領域的應用正在快速增加。

1.2 智能制造概述

智能制造是由智能制造技術和智能制造系統組成，是傳統制造業在高度自動化和自適應、自學習能力等方面不斷強化的現代未來型制造。智能制造在全球的影響力在不斷強化，美國的“先進制造業伙伴計劃”、德國的“工業4.0”計劃、日本的“再興戰略”、韓國的“新增長動力戰略”和法國的“未來工業”計劃等，是主要發達國家在智能制造發展上謀求突破的實際規劃，中國則以“中國制造2025”強勢追趕并力求突破現有的發展瓶頸。智能制造將成為現代先進制造業的新的發展方向，也是我國經濟追求創新和轉型的主要戰場。尤其基于當前我國制造業的發展情況來看，雖然制造業的生產總量較高，但是產品質量水準較世界發達國家還有一定差距。為此，大力發展智能制造，在智能裝備、加工技術乃至資源管理、生產流程方面尋求智能化發展，尤其是機器視覺技術的研究與應用，是實現智能制造的重要技術窗口。

2 機器視覺技術對制造業產生的巨大影響

2.1 機器視覺讓設備變得更智能化

在行業市場發展水平不斷提高的今天，更多的企業重視并實際引進高新技術，機器視覺技術正是其中的重要技術之一。機器視覺技術引入制造業當中，能夠充分發揮其檢測系統的優勢，在生產制造中對產品作自動檢測與處理，可有效把控產品品質，使得產品質量得到有效提升。同時，機器視覺技術對工作目標物體的識別和定位功能，使得生產制造的實際效率不斷提高。具體而言，機器視覺技術應用于智能化機器人當中，如在自動化生產線中對產品的堆放打包的角度看，傳統制造行業多通過人工操作，產品的體積和重量均較大，耗費大量的人力資源不說，生產效率較低，還有可能發生安全隱患。重載機器人的引入則有效解決了相應問題，機器視覺技術讓重載機器人擁有了視覺功能，能夠快速準確地抓取到產品信息，通過快速的信息獲取和處理，使得產品的堆放、打包乃至成型得以快捷高效。

2.2 機器視覺將與多方技術融合

機器視覺技術研究與應用的主要方向在于通過多種技術的融合應用，形成視覺任務通用的視覺信息系統，為生產制造提供高度便捷的智能處理機制。雖然就當前的研究應用水平來看，其較人類視覺系統還有著很大的差距，短期內無法極大提升其智能性，但以此為目標，建立局部性的專用視覺系統，進而發展到更為完善的一般系統，還是有著較為明朗的發展前景。

我國加工制造業快速發展，對機器視覺技術的應用需求不斷強化，為滿足加工制造的多種場景和多種需求，對生產、生活多個領域場合予以需求滿足，其正在不斷實現技術融合強化，使得整體技術系統更加智能化和便捷化。在當前的靜止或瞬時視覺信息作為輸入功能的基礎上，不斷強化機器視覺、機器聽覺、機器嗅覺、機器觸覺并有機結合，將使未來的制造業在信息獲取和處理方面的能力進一步強化，結合多傳感器融合技術，使得制造的效率不斷提高，智能性更加突出。

3 機器視覺技術在智能制造中的應用

3.1 機器視覺的感知技術在智能制造中的應用

當前制造業面臨的巨大難題在于勞動力成本的不斷上升，產能需求越來越大，避免通過技術升級予以解決。工業機器人作為新興產業快速發展，在制造業中的應用程度也就越來越高。當前我國制造領域生產線裝配、分揀和搬運等環節均應用了工業機器人，其在提前編程和示教的基礎上完成作業，自我判斷能力已經初具規模，對推動智能制造發展起到了很大的作用。隨著機器視覺技術的引入，目標識別和目標位姿求取方面的技術優勢使得工業機器人的功能延伸性更強，實際工業制造的應用效果越來越突出。

機器視覺技術高度的自適應和智能化性能，成像技術、圖像自動獲取技術、圖像自動處理技術、圖像的配準以及與智能裝備的聯合控制等實現了突出的感知能力。具體來講，機器視覺的感知技術可以有效應用于智能制造中的產品檢測、精密測控以及自動化生產線等領域。機器視覺技術使得工業機器人具備更強的感知能力，眼睛功能使其不必事先具備離線編程機制，也可擺脫預先設定的運動軌跡，通過感知能力的指引便能自動識別并處理場景信息，完成抓取指定物體的處置，使得生產過程更加智能化和柔性化。

3.2 機器視覺的動態監控與反饋技術在智能制造中的應用

傳統的生產制造當中，自動化生產線的運用雖然極大提升了生產效率，但在實際運用中，由于系統相當的復雜性，一旦出現故障則可能影響整體生產線，造成產品質量損失，企業也將面臨巨大的經濟損失。機器視覺技術的動態監控和反饋技術則很好地解決了相應難題。在視覺技術中，動態監控與反饋技術可對生產線進行實時監控和信息反饋，對生產制造過程中出現的產品質量差錯進行嚴密把控，通過容錯能力的運用，很好地降低了產品質量差錯率，避免停產及降低生產的缺陷率。同時，工業監控視覺技術還可通過視覺監控的閉環自適應控制、圖像無損壓縮來實現實時通信和反饋，依據檢測結果，自動完成位置調整、好壞篩選、數據統計等，很好地幫助了智能化生產制造環節的把控和整體調配。從當前的應用情況來看，該技術仍處于研發和應用的起步階段。

3.3 機器視覺技術在智能制造中的應用實例

機器視覺技術在智能制造中的應用涉及到多個領域，并隨著該技術研究的不斷深入而不斷拓展。從當前的應用實例來看，涉及到包括醫療器械、電子制造、汽車制造等多種不同領域。

首先，機器視覺技術在醫療器械行業中的應用，其可用于醫療器械行業的缺陷檢測，對于醫療產品質量進行自動篩選和剔除，如西門子機器視覺技術結合西門子自動化設備在線檢測注射針的外觀缺陷，并自動剔除不合格產品的方法，正是其中的代表性應用。其次，機器視覺技術在電子制造中的應用，如芯片必須用極細的焊線焊接，以絕對準確度將細的鋁或金線放置于非常小的墊面，通過機器視覺技術則很好的實現焊接位置的定位和處理，很好地完成高精尖的生產處理工作。此外，在汽車制造領域，機器視覺系統被廣泛用于汽車制造的工況監視、成品檢驗和質量控制等領域，實際的應用效果越來越顯著。

4 結語

隨著制造業“機器換人”的演變，作為設備智能化過程必不可少的機器視覺也會隨之迅速發展。機器視覺技術正是可以幫助工廠減少污染并且以更低的成本獲得高效率的工具，可以預見的是，隨著機器視覺技術自身的成熟和發展，它將在現代和未來的制造企業中得到越來越廣泛的應用。

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