機器視覺技術及其在機械制造自動化中的實踐探索

新鄉職業技術學院 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節也是一種必然。當今工業領域的發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、監測信息等操作。CCD攝像機所獲得信息都是以數據的形式收入電子信息軟件，然后實現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、數據分析力。

1.2 技術優勢

機械制造自動化領域隨著科學的進步發展過程引人注目,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]。伴隨工業生產的不斷改造升級，機器視覺技術早已成為更加系統化的、成熟的技術，擁有自己特定的、穩定的運作程序、模塊功能，如光學鏡頭、光源、顯示器、工業相機等。該技術的相關運作原理可以理解為，圖像—信號—數字模型—數據評測。

機器視覺技術的在工業制造、生產領域的優勢主要體現在以下幾個方面：一方面，減少了開發的阻礙，降低了難度。這是因為人們可以利用相同的軟件來開發視覺、運動系統，而無需要求其對多種編程語言或環境進行引申。另一方面，該技術使得數據可以在單個應用中進行相對固定的環路之間的傳遞，打破了物理層面的限制。這樣一來，數據的共享過程穩定而不復雜，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、運行速度快等優點。

1.3 技術未來走向

（1）開放標準變為統一。一項工業技術的成熟，需要不斷經過各領域應用的實踐檢驗[3]。而我國的工業發展也越來越走向了開放。所以，機器視覺技術的未來發展也將是開放的，但需要對標準加以統一。這也是與世界接軌的要求，有利于技術的健康升級、縱深發展。

（2）產品發生替代。計算機技術、微電子技術的發展攻勢之下，嵌入式系統被越來越多的領域所關注[4]，其系統語言遠遠優于板卡式，滿足市場對效率的要求，且便于維護、運轉穩定，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，且趨向于對數據測控類技術的集成式發展。

（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實依托，且能夠實現其在工業領域的經濟價值。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以及處理系統等實現精密測量對標物體。在測量過程中，技術設備對準物體相關部位，能夠實現高精度定位，而其提取定位數據后，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，以避免數據漏洞。

（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據信息能夠被整合為數字模型，幫助人們達成升級化的磨損測量監管。

（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的人員進行操作。而無論哪個行業，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，工業企業可以將預調的技術人力更換為技術投入，不僅預調精準，而且技術操作發揮穩定、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據[8]，如熔池形狀數據等，然后發揮信息提取能力，對數據進行精準對照，再配合其他施工設備完成自動焊接。由于有精準的對照數據，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據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，進而實現實時定位以及類型識別，這就大大提高了工業機器人的分揀效率。工件定位的具體實現，需要在自動化制造流程里安置CCD攝像機（根據規模確定安置數量）以實現對生產環境的監控，能夠實時跟蹤零件位置。依據需要，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，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，機器視覺技術則統統避免了這些問題。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有很好的價值發揮。

3 有關優化機器視覺技術在我國機械制造業應用的建議

3.1 博引外長，吸收國外技術精華

我國工業發展勢頭迅猛，其機器視覺技術的發展也迅速普及，在范圍更大的領域發揮著功用。這些都與我國的制造業優勢分不開。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、成熟系統等也為我國的相關技術發展帶來了新契機。在這樣的情況下，我國工業企業需要保持科學的態度、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質的發展，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，尋求內部的策略優化是必要的。

3.3 集眾之長，各企業間合作研發

技術的可持續升級需要有專業的人才投入研發、大量的資金投入作為基礎等。這不是單個企業可以做到的。因此，我國的工業企業可以形成行業內的合作關系，協同研發更高級的機器視覺技術，集眾之長，謀長遠之利。由于每一個工業企業都有自身的特點，企業間的合作就可以建立在各自的特點、優勢基礎上，大家按照各自優勢投入的占比進行效益分成。企業合作帶來的技術發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勢，是機器代替人力發展趨勢的一大代表。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，人們需要繼續以尊重科學、尊重技術、尊重生產規律等態度負重前行。