机器视觉技术及其在机械制造自动化中的实践探索

新乡职业技术学院 戚航

机器视觉和自动化的本质是一致的，所以该技术嵌入自动化相关环节也是一种必然。当今工业领域的发展也是追随着市场的需要来定夺走向的。很显然，机器视觉作为优于人类视觉的先进技术，能够符合自动化生产的高效率、少成本要求。可以说，人们对机器视觉挖掘得越深，越有利于提高相关领域的生产力。然而，很多人对机器视觉的理解都停留在字面含义，不了解其更准确的定义以及在生产实际中的应用。为此，本文做了以下阐释：

1 关于机器视觉技术

1.1 技术概念

机器视觉技术是一项覆盖多领域学术技术的科学技术[1]。对机器视觉技术的理解，首先要谈到人类视觉。人类视觉是引发机器视觉研究的基础。机器视觉模拟人的视觉感官，以求实现如人一样的对面前事物进行分辨，从而替换人力，嵌入机器设备而使之改造升级。需重点提出的是，机器视觉不仅能仿人类视觉能力，同时还能对所“见”物体展开精确测量与定位等更高级的操作，它在某种意义上超越了人的视觉。

目前，CCD摄像机是机器视觉技术得以产生价值的关键。机器视觉技术发挥功能就在于要对信息进行提取，而CCD摄像机就像是它的瞳孔，为它进行提取信息、监测信息等操作。CCD摄像机所获得信息都是以数据的形式收入电子信息软件，然后实现以信息技术为依托的全方位检测。可以说，CCD摄像机为机器视觉技术的操作平添了信息提取力，而信息技术则为它平添了超强的判断力、数据分析力。

1.2 技术优势

机械制造自动化领域随着科学的进步发展过程引人注目,很多研究者将机械制造自动化和独特的技术手段相结合[2]。伴随工业生产的不断改造升级，机器视觉技术早已成为更加系统化的、成熟的技术，拥有自己特定的、稳定的运作程序、模块功能，如光学镜头、光源、显示器、工业相机等。该技术的相关运作原理可以理解为，图像—信号—数字模型—数据评测。

机器视觉技术的在工业制造、生产领域的优势主要体现在以下几个方面：一方面，减少了开发的阻碍，降低了难度。这是因为人们可以利用相同的软件来开发视觉、运动系统，而无需要求其对多种编程语言或环境进行引申。另一方面，该技术使得数据可以在单个应用中进行相对固定的环路之间的传递，打破了物理层面的限制。这样一来，数据的共享过程稳定而不复杂，其做出的传递反馈也及时而价值非常，能帮助人们进行更精密的自动化设计。此外，机器视觉技术还有噪声污染小、运行速度快等优点。

1.3 技术未来走向

（1）开放标准变为统一。一项工业技术的成熟，需要不断经过各领域应用的实践检验[3]。而我国的工业发展也越来越走向了开放。所以，机器视觉技术的未来发展也将是开放的，但需要对标准加以统一。这也是与世界接轨的要求，有利于技术的健康升级、纵深发展。

（2）产品发生替代。计算机技术、微电子技术的发展攻势之下，嵌入式系统被越来越多的领域所关注[4]，其系统语言远远优于板卡式，满足市场对效率的要求，且便于维护、运转稳定，深受亲睐。因此，我们可以断定，在机器视觉技术的将来，会更多地依托于PC技术，且趋向于对数据测控类技术的集成式发展。

（3）方案一体化。将技术标准进行一体化整合会更有利于对技术的推广及大范围实践[5]，这是技术得以进步的现实依托，且能够实现其在工业领域的经济价值。因此，机器视觉技术在未来将走向方案标准一体化。

2 机器视觉技术在机械制造自动化中的实践应用

2.1 机器视觉之于测量

（1）机器视觉与精密测量。该技术能够利用自身功能下的光学系统以及处理系统等实现精密测量对标物体。在测量过程中，技术设备对准物体相关部位，能够实现高精度定位，而其提取定位数据后，还能够依托于显微镜把物体的精确轮廓加以勾勒。这是人眼无法比拟的测量能力。与此同时，为了最大限度地接近完美，该技术可以在短时内采取多次定位测量，以避免数据漏洞。

（2）机器视觉与磨损测量。以往的人力磨损测量中，人们基于角度等需要，需要将设备等物体加以拆装，极大地浪费了时间、人力，且有再次损坏设备的隐忧[6]。而人的主观因素很容易影响测量结果[7]，误差也难以保证。机器视觉技术则完全不必进行大的拆装，减省人力、时间，而且可以依靠简单的操作即能精准测量。这个过程中，磨损测量效率较高，且其多次、多磨损设备检测的数据信息能够被整合为数字模型，帮助人们达成升级化的磨损测量监管。

（3）机器视觉与预调测量。该技术在预调测量中有很强的存在价值。对测量的预调需要非常专业的人员进行操作。而无论哪个行业，技术人才都是紧缺的，且用工投入的成本又高。有了机器视觉技术，工业企业可以将预调的技术人力更换为技术投入，不仅预调精准，而且技术操作发挥稳定、整齐划一，大大降低了成本，减缓了人才焦虑。相关的工作原理在与其融合光学测量后升级、简化预调流程，进而带动效益的增长。

2.2 机器视觉之于自动焊接

机器视觉技术应用在自动焊接过程中时，需要通过其CCD摄像机等关键的图像采集元件获得原始的图像数据[8]，如熔池形状数据等，然后发挥信息提取能力，对数据进行精准对照，再配合其他施工设备完成自动焊接。由于有精准的对照数据，自动焊接的误差很小，质量拥有保证。同时，在焊接施工中要涉及安全问题，有了机器视觉做替代，以往利用人力的安全顾虑被排除。而且机器视觉可以做到很多超越人力的操作，如焊接机器人的精度焊接就需要依靠该技术进行图像数据由单一维度到多维的整合。

2.3 机器视觉之于工件定位

依托于机器视觉，生产流水线上的工件就能进行充分且快速的图像处理，进而实现实时定位以及类型识别，这就大大提高了工业机器人的分拣效率。工件定位的具体实现，需要在自动化制造流程里安置CCD摄像机（根据规模确定安置数量）以实现对生产环境的监控，能够实时跟踪零件位置。依据需要，人们可以采取更高像素的CCD摄像机，并对工件定位的具体精准度进行调控，如控制在＜0.1mm范围等。

2.4 机器视觉之于工件检测

自动化生产之下，工件检测符合安全生产的要求，能够更好地维护机械运行状态，避免操作漏洞。鉴于自动化生产往往是成批走量式的生产，其产品交付中一旦发生个别化的工件不合格，就会带来一系列的连锁反应，导致最后的产品交易无法成功，且影响企业声誉。而人力检测工件不仅工程量巨大，不确定的干扰也多，检测质量难保障。相对的，机器视觉技术则统统避免了这些问题。尤其是它能到达人的视觉无法到达的精细之处，找到问题真正所在，极大地确保了生产质量安全。在具体的相关应用上，该技术在汽车生产行业有很好的价值发挥。

3 有关优化机器视觉技术在我国机械制造业应用的建议

3.1 博引外长，吸收国外技术精华

我国工业发展势头迅猛，其机器视觉技术的发展也迅速普及，在范围更大的领域发挥着功用。这些都与我国的制造业优势分不开。由此而带来的，来自许多外国的具有国际水平的机器视觉技术经验、成熟系统等也为我国的相关技术发展带来了新契机。在这样的情况下，我国工业企业需要保持科学的态度、兼容并蓄的风格，对国际性的技术加以学习、借鉴、融合。博引外长自然不是完全的“拿来主义”，我们可以立足于本国的机器视觉技术应用成果以及企业自身的经营需要，积极吸收国外技术的精华，使其作为外力来催化技术的升级。

3.2 善于内省，以政策扶持作保障

我国的机器视觉技术尽管在速度上异军突起，但是毕竟是后起之秀，有着技术底子弱的先天劣势。这就很大程度上桎梏了相关技术的大范围应用与纵深研究。因此，我国的机器视觉技术要想获得更优质的发展，还需要来自国家的政策扶持。政策扶持可以让相关技术的研究、推广获得外界更高的认可，也有利于吸引大量资金的投入。因此，我们善于内省自身技术的缺陷，寻求内部的策略优化是必要的。

3.3 集众之长，各企业间合作研发

技术的可持续升级需要有专业的人才投入研发、大量的资金投入作为基础等。这不是单个企业可以做到的。因此，我国的工业企业可以形成行业内的合作关系，协同研发更高级的机器视觉技术，集众之长，谋长远之利。由于每一个工业企业都有自身的特点，企业间的合作就可以建立在各自的特点、优势基础上，大家按照各自优势投入的占比进行效益分成。企业合作带来的技术发展也会为我国整体经济综合实力的提升做出贡献。

4 结语

通过机器视觉技术在当下机械自动化的相关实践可以看出，该技术具有人力所无法企及的优势，是机器代替人力发展趋势的一大代表。在未来，随着人们不断地博引外长、内省成长以及合作共研，我国的机器视觉技术将在机械自动化领域突破在测量、自动焊接、工件定位、工件检测上的应用，而拥有更全方位的拓展。为此，人们需要继续以尊重科学、尊重技术、尊重生产规律等态度负重前行。