机器视觉技术及其在机械制造自动化中的应用分析

学术论文 2018-11-06 17:11:11
    就目前而言,人类肉眼能够实现的视觉观察功能,机器视觉技术也完全可以实现,甚至比人眼能够更精确的进行判断和测量,对一些客观三维世界中的目标借助计算机进行识别。目前机器视觉技术就已经有非常强大的性能,例如:具有非常高的测量精准度以及判断灵敏度、极快的判断及测量速度、较强的抗电磁干扰能力、噪声低等,并且还能够处理与计算机联动的计算机信息数据,有效降低企业生产中的工作量,提高生产建设效率。机器视觉涉及到的行业非常广泛,尤其在机械制造自动化中将其利用价值最大化。
    一、机器视觉技术的概述
    机器视觉技术,对很多人来说这可能是一个相对比较陌生的技术,下面将对机器视觉技术进行详细的概述。所谓机器视觉技术,其实就是对相关的机械制造通过计算机获取物相信息的过程,并且同时利用自身分析功能对获取的信息进行测量和计算,因此就实现了一项较为先进的智能监控技术。要想实现机器视觉技术,首先应该利用相关的CCD摄像机拍摄,再对拍摄的内容进行智能化处理及综合分析,最后输出相关的检查结果即可。同时它还具备灵敏度高、灵活便捷、适应性强等特点,能够很好地促进机械制造的发展。
    二、在机械制造自动化中的应用
    首先对于相对精密的零件尺寸进行测量。然而机器视觉重要的一个领域就是精密测量,其测量原理如下图1所示。
    检测系统主要由光学系统、CCD摄像机、计算机处理系统三个基本单元组成。如果对移动物体进行测量,对边缘轮廓重复测量两次,两次测量结果之差就是位移量。当出现两条平行轮廓时,说明两者位置之差就是其尺寸。对形状单一、尺寸小的物体进行测量时上面的系统更能发挥其作用,尤其对批量生产的工件检测更适合。例如,在对电子接插件进行检测时就用到了该系统,他的生产速度极快,每分钟可达数百件,而测量尺寸的级别为0.01毫米。其次是在逆向工程中的应用。对于现有的工件轮廓坐标值利用3D数字化测量仪器快速准确地进行测量,并且可以构建曲面,同时转换成而且还能够构建曲面并且转换成CAD/CAM系统图形,而且还可以保存,再由CAM输送至CNC进行加工。上述生产环节就是基本的逆向工程。从以上讲解中我们可以发现对样品三围尺寸通过精密的测量系统进行测量同时获取每个位置的数据是逆向工程最重要的环节,然后进行曲面处理,最后加工成型。在CCD光电器件快速发展的同时,出现了一种对表面轮廓快速测量的技术。下图就是对物体表面轮廓结构通过线结构光测量示意图。
    该测量方法的原理为:激光穿过距离相等并且平行直线振幅光栅组件,或者通过干涉仪形成干涉条纹,同时产生相应的平面条纹结构光,再将其投射在物体表面上,由于物体表面曲率和深度存在差距,条纹会发生变化,接着再对CCD摄像机拍摄变形的条纹进行利用,就可以對物体表面的轮廓变化情况进行分析。在图像的拍摄过程中,先是图像信号到模拟信号的转化,接着再进行转化为数字信号,最后图像处理系统再进行还原就形成了三位轮廓图像。
    三、在自动焊接机器人中的应用
    首先通过对红外摄像仪、CCD摄像机、X光探伤仪等图像采集元件的加装,使自动焊接机器人具备视觉功能,从而使它能够进行很多高难度的焊接动作,同时还具备视觉感知功能。例如,对于强弧光及飞溅干扰的情况下焊缝图像的获取、焊缝参数的提取以及特殊环境下如水下焊接工作,人工是很难完成的。最重要的是焊接机器人还可以保证焊接质量的稳定性以及可靠性。焊接机器人的视觉传感系统是一个相对复杂的系统,由三个元件组成,分别为:单光点一维视觉传感,其组件为光电接收单元;二维视觉传感,它是由电扫描平面阵列进行成像的;三维视觉传感系统,它的组成为多个低维视觉传感。由于焊接工艺上计算机视觉技术的广泛运用,使得熔池形状检测、焊道形貌检测与控制、熔透控制、焊缝跟踪、熔池形状检测等技术有了明显的进步,逐步实现了智能化与自动化。一些先进的制造对焊接技术要求非常严格,所以机器焊接还需要更快的发展,尽快解决准确性、可靠性、复杂性等问题。我国已经对机器焊接展开了深刻的研究,并且取得了不少成果。国外也开发出了新型焊接机器人,并且应用在了机车制造及航天等领域。相信不久的将来焊接技术将会有更广阔的前景,为建设制造提供更大的利益。
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