機(jī)器視覺技術(shù)及其在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用

傅春浩 田志勇

摘要：隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自動(dòng)化運(yùn)行管理系統(tǒng)的技術(shù)體系不斷完善，在產(chǎn)品的生產(chǎn)制造領(lǐng)域中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)得到了大范圍的應(yīng)用，不但降低了產(chǎn)品生產(chǎn)制造流程中企業(yè)的人力成本，還提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。其中，現(xiàn)階段產(chǎn)品的機(jī)械制造自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，仍舊存在著一定的問題，其主要問題具有共同的人為因素影響。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺技術(shù);機(jī)械制造;自動(dòng)化;應(yīng)用

引言

由機(jī)械化的智能為基礎(chǔ)增加人工組件的技術(shù)就叫做機(jī)械視覺技術(shù)。與傳統(tǒng)的傳感器相比較，機(jī)械視覺技術(shù)能夠辨識(shí)更多的信息，還可以進(jìn)行簡單的邏輯思維判斷，為機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

1機(jī)器視覺技術(shù)的技術(shù)原理與技術(shù)主要優(yōu)勢

（1）機(jī)器視覺技術(shù)是涉及人工智能、影像圖形、信息化電子技術(shù)、神經(jīng)生物學(xué)等多項(xiàng)技術(shù)體系與學(xué)科的交叉型技術(shù)。在其應(yīng)用過程中，機(jī)器視覺技術(shù)會(huì)模擬人的視覺功能，并從所監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的事物中采集、挖掘相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并此基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)二次分析、提煉處理。（2）機(jī)器視覺技術(shù)的主要技術(shù)優(yōu)勢有以下兩方面：一方面，機(jī)器視覺技術(shù)的客觀性與公正性較高。在機(jī)器制造自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，受到工作人員的主觀因素所干擾，對于所生產(chǎn)產(chǎn)品的型號(hào)規(guī)格、形狀、尺寸等視覺觀察的科學(xué)性與合理性得不到有效保障，并且此問題在現(xiàn)階段產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量要求逐漸提升的時(shí)代背景下，問題的嚴(yán)峻性逐漸凸顯。而機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的靈活運(yùn)用，極大提升了對產(chǎn)品的視覺客觀性，并在一定程度上提高了產(chǎn)品檢測工作的質(zhì)量與效率;另一方面，機(jī)器視覺技術(shù)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。在機(jī)械制造自動(dòng)化生產(chǎn)應(yīng)用過程中，機(jī)器視覺技術(shù)與相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備之間具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可在短時(shí)間之內(nèi)將機(jī)器視覺技術(shù)的測量精度與檢測效率提升到預(yù)期范圍內(nèi)。

3機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化中的具體應(yīng)用

3.1應(yīng)用于監(jiān)測質(zhì)量的施工過程中

機(jī)器視覺技術(shù)的主要功能就是對生產(chǎn)線上的產(chǎn)品外觀進(jìn)行檢查，保證其質(zhì)量的一道檢測裝置，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在許多機(jī)械制造行業(yè)的生產(chǎn)過程中，尤其受到大型機(jī)械零件的青睞，例如：生產(chǎn)汽車零件、輪船零件、飛機(jī)零件等。這些零件的生產(chǎn)量較龐大，所以只依靠人工檢測無法保證產(chǎn)品的質(zhì)量。機(jī)器視覺技術(shù)對產(chǎn)品在監(jiān)測時(shí)，圖像顯示非常清晰，外觀的缺陷非常明顯，正好可以彌補(bǔ)人工檢測的不足。例如：在對曲軸進(jìn)行檢測的過程中，曲軸輕微彎曲有時(shí)候無法用肉眼識(shí)別，有些與標(biāo)準(zhǔn)只相差幾毫米，但利用機(jī)械視覺技術(shù)就可以及時(shí)對零件進(jìn)行檢測，而且這個(gè)技術(shù)的檢測項(xiàng)目非常全面，還可以同時(shí)對零件的細(xì)節(jié)處理、孔洞內(nèi)的細(xì)節(jié)處理、橫截面及連接處的細(xì)節(jié)處理進(jìn)行檢查。需要注意的是，技術(shù)人員必須要在施工前進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定、誤差設(shè)定和零件允許的誤差范圍進(jìn)行設(shè)定，然后將生產(chǎn)線上的產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)值相比較并篩選。不合格的產(chǎn)品需要立刻廢棄，防止混入市場的產(chǎn)品營銷中，影響產(chǎn)品總體質(zhì)量及企業(yè)的發(fā)展。機(jī)械視覺技術(shù)的表現(xiàn)形式不只有攝像和拍攝照片，還有紅外線掃描及聲吶掃描。這也是機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展的重要證明，還有X光、激光等高科技技術(shù)，都可以作為機(jī)械制造行業(yè)的“眼睛”。

3.2機(jī)械工件測量應(yīng)用

機(jī)械視覺技術(shù)被廣泛運(yùn)用在機(jī)械工件測量過程中，其內(nèi)容涉及以下四個(gè)方面。第一，機(jī)械視覺技術(shù)主要利用參照物和間距之間的比較，對某些零部件使用精細(xì)化測量方法，相關(guān)檢測系統(tǒng)包含三個(gè)，分別是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、攝像頭系統(tǒng)以及光學(xué)系統(tǒng)，其工作原理是利用測量部件在平行光當(dāng)中呈現(xiàn)的具體投影，使用顯微光學(xué)鏡仔細(xì)檢查部件的輪廓，并且把獲得的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過放大之后輸入到計(jì)算機(jī)當(dāng)中，這樣便可以獲得成像數(shù)據(jù)信息，獲得此輪廓的實(shí)際位置，為了得到更加精確的參數(shù)，只要將部件在攝像頭的范圍中進(jìn)行引動(dòng)，便可以保證數(shù)據(jù)信息測量的精準(zhǔn)性以及可靠性，該系統(tǒng)被充分運(yùn)用在大批量部件生產(chǎn)作業(yè)的測量過程中，根據(jù)體積比較小的部件進(jìn)行測量的時(shí)候，具備十分明顯的優(yōu)點(diǎn)。第二，機(jī)器視覺技術(shù)可以預(yù)調(diào)以及測量工件。在傳統(tǒng)測量過程中，經(jīng)常使用光學(xué)投影展開準(zhǔn)確定位，利用光柵數(shù)顯表可以把其具體讀數(shù)測量出來，此技術(shù)的要求比較高，消耗了更多的人力，但是很難保證其工作效率。而新型預(yù)調(diào)測量設(shè)備的使用，把傳統(tǒng)測量手段和機(jī)械視覺技術(shù)整合起來，也就是說，在光柵技術(shù)前提下增添相應(yīng)的自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)械視覺技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的預(yù)調(diào)測量手段，讓其操作程序更加簡單，這在很大程度上提升了作業(yè)質(zhì)量與效率，保證了測量作業(yè)的精準(zhǔn)性、真實(shí)性以及可靠性。第三，機(jī)械視覺技術(shù)被運(yùn)用在逆向工程項(xiàng)目當(dāng)中工件測量。此工程項(xiàng)目指的是使用測量設(shè)備展開定制工件的測量作業(yè)，依照相關(guān)數(shù)據(jù)信息建立一個(gè)完善的三維坐標(biāo)圖，之后利用CAD/CAM加工圖像，最終使用CNC加工機(jī)建立相應(yīng)模型。數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)性對模型質(zhì)量產(chǎn)生著最為直接的影響，其在逆向工程當(dāng)中產(chǎn)生著非常重要的作用。隨著我國社會(huì)進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)被廣泛運(yùn)用在工件測量作業(yè)過程中，也就是現(xiàn)階段的輪廓測量技術(shù)，此技術(shù)得以形成的前提條件是三角方法，使用線結(jié)構(gòu)光測量工件的具體輪廓。讓工件的表層出現(xiàn)不一樣的條紋，分析工件表層的輪廓。與此同時(shí)，使用CCD社區(qū)圖像的時(shí)候，通過三次信號(hào)的運(yùn)轉(zhuǎn)之后才能存儲(chǔ)，分別是視頻、模擬以及數(shù)字三種信號(hào)。之后把保留的信息傳送到監(jiān)視器當(dāng)中，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理相關(guān)圖像，最終便可以得到一個(gè)工件模型圖。第四，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)被廣泛運(yùn)用在工件磨損的測量作業(yè)過程中，某些部件在不同因素的影響之下，經(jīng)常發(fā)生磨損現(xiàn)象，一般情況下，要想保證其檢修作業(yè)的正常展開，應(yīng)做好針對性的檢測以及評(píng)估作業(yè)，只有這樣，才可以保證零部件的使用與工業(yè)發(fā)展實(shí)際要求相符。然而，在具體情況當(dāng)中，把高速切割機(jī)當(dāng)做例子，需要將刀具拆除，才可以展開檢測作業(yè)，這樣一方面提高了檢測作業(yè)的困難程度，另一方面為檢測作業(yè)的順利進(jìn)行增添了更多的風(fēng)險(xiǎn)問題。所以機(jī)械視覺技術(shù)在工件損壞測量作業(yè)當(dāng)中的額廣泛運(yùn)用，可以節(jié)省道具拆卸與安裝的環(huán)節(jié)，不斷優(yōu)化檢測程序，防止零部件出現(xiàn)二次傷害。

3.3應(yīng)用于焊接機(jī)器人的施工中

許多零件的磨損度由于各方面原因不能進(jìn)行測量，所以在機(jī)器人焊接過程中，加入機(jī)器視覺技術(shù)。這是一種利用射線探傷儀器、紅外線攝像儀器、CCD攝像儀器等增加機(jī)器人焊接的視覺能力，幫助焊接機(jī)器人提高焊接的質(zhì)量。視覺能力由一維、二維、三維這3種傳感組成。對一維傳感的組件進(jìn)行檢測有一個(gè)或者多個(gè)的接收光電單位;二維傳感就是利用電力設(shè)備或者機(jī)械設(shè)備對零件進(jìn)行平面掃描;對多個(gè)一維傳感和二維傳感信息進(jìn)行信息處理及整合，可以得到三維傳感。因?yàn)楹附庸ぷ鞯奈ｋU(xiǎn)性較大，容易對施工人員的生命安全產(chǎn)生威脅，所以只能利用焊接機(jī)器人進(jìn)行工作，不能人為操作。但是現(xiàn)階段，擁有機(jī)器視覺技術(shù)的焊接機(jī)器人不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用，其技術(shù)還有許多需要完善和研究的問題，科學(xué)技術(shù)人才要幫助機(jī)器人進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步、可靠、智能、可控制能力及焊接精準(zhǔn)度的全面提升，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造行業(yè)全面自動(dòng)化的理想化工作狀態(tài)，推動(dòng)我國制造行業(yè)的不斷發(fā)展。

結(jié)語

針對機(jī)械制造自動(dòng)化生產(chǎn)過程中存在的工件質(zhì)量檢測效率低下、工件檢測精度不足等問題，選以機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用為解決途徑，并闡述了機(jī)器視覺技術(shù)的主要應(yīng)用方向、技術(shù)優(yōu)勢以及未來發(fā)展趨勢等。

參考文獻(xiàn)

[1]何勇，孫釗，李華廈.機(jī)器視覺技術(shù)及其在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2017（24）：119.

[2]李仁杰.機(jī)器視覺技術(shù)及其在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2017（12）：80.