机器视觉技术及其在机械制造自动化中的应用

摘 要：机器视觉技术不但具有一定的精准性、科学性，其自身的智能性和优越性广受我国各行业的青睐，因此该技术在我国各个领域中给广泛运用，并对发展各个领域事业起到了至关重量要的作用。在本文中，我们主要分析机器视觉技术的主要特点及优势，并对机器视觉技术在我国机械制造自动化生产中的具体应用进行全面分析。

关键词：机器视觉技术；机械自动化；有效应用

前言

人体部位中用来处理外界信息的主要器官是眼睛，眼睛内的视网膜、晶状体等能够通过成像原理感知到外界事物的颜色、形体、状态等并进行分析并通过传感神经传递给大脑的神经中枢，通过处理后人们可以判断所看见事物的模样，而整个传感过程不超过一秒钟。而机器视觉就是通过模拟人的视觉和大脑中枢处理神经，利用图像摄取装置对捕捉到的事物信息经过处理形成数据以及图像等，人们可以利用这种技术对任何事物进行观察和监测。而现如今这种技术在机械自动化制造工程中已经被广泛运用，并为推动我国机械科技化、智能化发展起到重要作用。

一、机器视觉技术概述

机器视觉技术是一种利用计算机模拟人类的视觉功能提取物象信息，经过识别分析后实现精密测量、实际检测以及智能监控的技术。机器视觉系统利用CCD摄像机将具体物象转变为图像传输入处理系统，对图像的颜色、亮度、分布情况等信息进行综合分析，将这些信息转化为数字信号，再次进行特征分析判断，最终得出检测结果输出。指挥系统根据检测结果作为执行指标，根据结果做出相对相应的操作指示，进行实际动作控制。该技术具有工作速度快、运行噪声低、测量精准度高、作业灵敏、运用灵活等优点，并且工作时间持久，能够适应更重环境，物象数据信息化处理程度高。

二、机械制造自动化中的应用

1.在工件检测中的应用

我国许多机械生产过程中都会利用机器视觉技术，而机器视觉技术利用其自身的优势和特点，在机械制造生产过程中起到重要作用。首先，在机械加工中，由于汽车等交通设备属于大批量生产，在进行加工过程中若单纯利用人工质检方式对这些机械产品进行检查的化，难免会因为人眼视觉的局限性和精准度出现质量纰漏等情况，而利用智能化、精准度高的机器视觉技术来进行机械生产智能检测，可以提高质检的精准性，而机器视觉技术能够利用自身高分辨率和科技化的优势，不仅能够检测出机械部件的表面质量问题和缺陷，更能够实现节省人力资源和生产企业成本的效果。

目前，国外关于使用机器视觉技术的激光机器视觉检测系统已经成功在机械加工、汽车制造、电子生产等领域中应用。许多国家投入资源进行该技术的应用研究，并取得理想成果。北美汽车工业研究院关于BIN-PICKING研究成果为：结合模型数据与三维成像进行识别判断，准确定位成像最佳点，能够在7秒内完成激光雷达扫描工件箱。我国研制的激光视觉检测系统中，利用CCD技术、激光技术作为视觉传感器，能够准确测量物象的三围坐标，能够在7秒内将整个汽车车身检测完毕，工作效率提高100%。

2.在工件测量中的应用

（1）机器视觉技术能够对零件进行精密测量

在日常机械零件生产过程中，能后利用机器视觉技术对零件进行精准测量以及控制，加强对零件生产的管理，提高零件的精准度。在生产过程中，通过使用CCD摄像头对生产线上的零件图像进行捕捉，并利用光学系统对捕捉到的信息进行处理并生成数据和图片，传输到自身计算机处理系统中，并通过对零件数据和图片中的形状、轮廓以及体积等进行快速分析，将分析出的具体数值和数据库中的标准数值进行对比，及时找出不符合标准的零件，以确保生产的零件大小符合使用条件，提高零件生产效率。

（2）机器视觉技术能够进行工件预调测量

以往的工件預调测量方式是使用光学投影进行定位，使用光栅数显表进行测量读数，该种方式技术水平要求高，且耗费人力资源较多，工作效率却难以提高。新型预调测量仪将传统的测量方法与机器视觉技术相结合，即在光栅技术基础上加入自动控制技术、计算机系统处理技术、机器视觉技术，颠覆以往的预调测量方式，简化了操作流程，极大程度上提高了工作效率以及测量精度。

（3）逆向工程中的工件测量

逆向工程是指利用测量仪对定制工件进行测量，根据测量数据建立三维坐标图后使用CAD/CAM系统进行图像加工，最后由CNC加工机完成模型。其中测量数据的精确度决定了模型质量，在逆向工程中起到关键作用。随着科技的发展，机器视觉技术被用于逆向工程工件测量中，即目前的快速轮廓视觉测量技术，该技术的建立基础为三角法，利用线结构光进行工件表面的轮廓测量。在工件表面投射平面条纹结构光，形成不同的条纹变形，进行工件表面轮廓变化分析。

其中，CCD在进行条纹图像摄取时，经过三次信号转后才进行保存，即视频信号——模拟信号——数字信号。同时将存储信息输出至监视器，使用计算机处理系统进行图像处理，最终得出工件模型图。

（4）机器视觉技术能够进行工件磨损度测量

由于受到各种因素限制，许多工件难以进行磨损度测量，例如在进行高速切割机的道具磨损度测量时，必须拆卸下刀具，增加了测量难度。因此可利用机器视觉技术进行磨损度测量，避免了刀具拆装的程序，简化了测量过程。

3.在焊接机器人中的应用

机器视觉技术在机器人焊接中的应用，是指利用X光探伤仪、红外摄像仪、CCD摄像机等处理技术使焊机具备视觉功能，从而提高机器人焊接质量。视觉功能包括一维传感、二维传感以及三维传感三种传感，一维传感的检查组件为一个或多个光电接收单位，即单光电；二维传感的平面陈列成像通过电或机械扫描获取；通过对多个一维或二维传感信息数据的综合处理，可获得三维传感。由于焊接工作危险系数大，许多操作无法实现人为直接操作，一些工作环境也无法直接进行人工作业。例如核辐射环境、水下、熔池、溶液飞溅等环境。机器视觉技术的应用弥补了人工作业的不足，能够进行熔池数据的实时提取，在弧光飞溅且强烈的情况下实现焊缝图像的提取，对焊接性能、焊接结构以及焊接组织进行预测，确保焊接质量。

目前，已经有实力雄厚的企业进行机器视觉技术焊接机器人的开发，相较于以往的焊接机器人，机器视觉技术焊接机器人性能更为优越，功能也更为强大，应用领域更为广泛，发展前景值得期待。目前机器视觉技术焊接机器人已经在管道、航天、汽车等领域的焊接生产中得到应用，并取得良好成效。

三、小结

通过以上分析我们可知，机器视觉技术不仅是在模拟人眼和大脑的分辨能力，更在人眼视觉和大脑处理的基础上增加了机械化原理，在原有技术的基础上又增多了精准度高、智能化强等优势和特点，不仅能够运用在机械自动化制造工艺中，更能够被广泛地运用到我们生活中的各个领域中，不仅为我国工业生产带来巨大经济效益，更为我国三大产业发展和提高经济起到促进和推动作用；此外，我们还利用机器视觉技术运用到日常交通和其他领域的实时监控中，不仅能够维持日常交通安全和其他部门的安保工作，对于维护使用者的人身财产安全也起到重要作用。现如今我国科技领域水平不断提高，使机器视觉技术更加先进化也指日可待，我们要有效地利用机器视觉技术等科技手段，为推动国家和社会文明进步做出巨大贡献。

参考文献：

[1]卞正岗.机器视觉技术的发展[J].中国仪器仪表.2015（06）

[2]第十届中国国际机器视觉展览会暨机器视觉技术及工业应用研讨会[J].量子光学学报.2013（02）