Ｔ 胛Ｌ． 机器视觉技术及其 在机械制造自动化中的应用 端文龙 （邯钢集团西区冷轧厂，河北邯郸摘 要０５６０１５） 由于机械制造行业对机器视觉技术的需求越来越大，应用范围正逐步扩大，对于该技术的要求也不断提高， 直接催动了机器视觉技术的发展。本文概述了机器视觉技术，并通过检测、精密测量等方面对机器视觉技术在机械制 造自动化的应用进行了详细的分析研究，旨在为研究机器视觉技术提供一些有价值的参考。 关键词机器视觉技术；机械制造；自动化；应用 中图分类号：ＴＨ１６４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—７ ５９７（２Ｏ１ ３）０３２—０８２—０２ 现代科技的发展不断推动机械制造业的技术水平，红外线 成像技术以及视频技术在机械制造业的应用越来越广泛，机器 视觉技术正是在这样的基础上发展而来，该技术能够利用计算 射（设定照射形状为方框式），利用光电耦合ＣＣＤ元件将反射图 像转化为电量信号，处理系统结合图像以及电量信号进行综合 分析计算后得出数据结果。在应用过程中，系统采取对比形式 机取代人眼进行物象识别并实现精密测量，一些Ｔ作场合存在 环境恶劣等因素，难以采取人工监控，必须依靠机器视觉技术 实现作业。该技术的推广应用有效提高企业的工作效率，并节 约了劳动资源，是近年来机械制造业中最令人瞩目的研究领域。 因此，研究机器视觉技术及其在机械制造自动化中的应用具有 十分重要的意义。本文概述了机器视觉技术，并通过检测、精 密测量等方面对机器视觉技术在机械制造自动化的应用进行了 详细的分析研究，旨在为研究机器视觉技术提供一些有价值的 参考。 １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ｆ｝ｆ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 相对相应的操作指示，进行实际动作 控制。该技术具有Ｔ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Ｔ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。 设定灰度二值化光源以及阔值，就是使用标准Ｔ件设定为参照 物，分析得出各种数值后作为数据标准，进行待测工件检测。 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Ｔ、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ｌＴ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丁件箱。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， Ｔ作效率提高１００％。 ２．２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，检测系统包括 ２机械制造自动化中的应用 ２．１在工件检测中的应用 计算机处理系统、ＣＣＤ摄像头以及光学系统，工作原理为：通 过在需测量零件照射平行光束提供光源，利用显微光学镜放大 零件边缘轮廓后再使用ＣＣＤ摄像头成像输入计算机处理系统进 行成像数据处理，得出零件边缘轮廓的精确位置。若想获取位 移量，仅需将测量零件进行位移后再次进行测量，计算出两次 结果之差，若在测量过程中，被测零件两条边缘轮廓线出现在 同一成像中，该位移量则为被测零件的相应尺寸。该系统对于 大批量生产零件的测量检查，特别是形状简单、体积较小的零 件测量检查十分具有优越性。 ２）机器视觉技术能够进行Ｔ件预调测量。以往的丁件预调 机器视觉技术能够探测部件表面缺陷。机械加Ｔ、内燃机、 摩托乍以及汽车制造等领域的生产方式均为大批量机械生产， 南于数日过大，在进行技术标准检测过程中，若使用人ｌ Ｉ检测 方式，则必须花费大量人力资源以及时间，由于检查人员的技 术水平参差不齐，且容易受到疲劳、粗心、视觉分辨等人为凶 素影响，检测过程缺乏规范化，检测结果不够准确，无法达到 ７伟确监控，影响到产品『叶Ｊ产品质。机器视觉技术能够弥补人丁 检测…现的各项不足，对部件表面缺陷进行有效探测，节约人 力资源，提高检测结果的准确性，对产品质量实现有效控制。 较为典型的实例为连杆结合面爆口检测，结合面破口线性长度 不超过２．５ ｍｍ（方向任意）或结合面破口面积不超过３ ｍｍ 即 为合格。机器视觉检测系统在工件破口区域进行ＬＥＤ漫反射照 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，Ｔ作 效率却难以提高。新型预调测置仪将传统的ｉ９１４量方法与机器视 觉技术相结合，即在光栅技术基础上加人自动控制技术、计算 机系统处理技术、机器视觉技术，以往的预调测量方式， 简化了操作流程，极大程度上提高了Ｔ作效率以及测量精度。 ３）逆向一ｒ程中的１ 件测量。逆向１一程是指利用测量仪对 定制Ｔ件进行测量，根据测量数据建立ｉ维坐标图后使用ＣＡＤ／ ＣＡＭ系统进行图像加＿［，最后由ＣＮＣ加Ｔ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， ２０１３年第６期总第１２６期 ＳＩＬＩＣ０Ｎ ＶＡＬＬＥＹ 利用线结构光进行Ｔ件表面的轮廓测量。在Ｔ件表面投射平面 高等问题，目前机器视觉技术在机器人焊接中的应用难以实现 条纹结构光，形成不同的条纹变形，进行Ｔ件表面轮廓变化分析。 大规模普及应用，还需进行深入研究，进一步了解该系统的实 其中，ＣＣＤ在进行条纹图像摄取时，经过三次信号转后才进行 时性、可靠性、智能性、可控性以及精确性等。其中对于焊缝 保存，即视频信号——模拟信号——数字信号。同时将存储信 熔透控制、焊缝跟踪、焊接路径规划、焊炬位姿调节、焊接参 息输 至监视器，使用计算机处理系统进行图像处理，最终得 数优化以及接头特征识别等方面的机器视觉技术应用研究，均 叶ＩＪＴ件模型图。 取得了卓越成效。目前，已经有实力雄厚的企业进行机器视觉 ４）机器视觉技术能够进行Ｔ件磨损度测量。南于受到各种 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 因素，许多Ｔ件难以进行磨损度测量，例如在进行高速切 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 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。 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 闪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 经在管道、航天、汽车等领域的焊接生产中得到应用，并取得 程序，简化了测量过程。 良好成效。 ２．３在焊接机器人中的应用 ３结束语 机器视觉技术在机器人焊接中的应用，是指利用ｘ光探伤 综上所述，南于机械制造行业对机器视觉技术的需求越来 仪、红外摄像仪、ＣＣＤ摄像机等处理技术使焊机具备视觉功能， 越大，应用范同正逐步扩大，对于该技术的要求也不断提高， 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 直接催动了机器视觉技术的发展。各同十分重视该项技术的发 以及 维传感三种传感，一维传感的检查组件为一个或多个光 展研究，投入大量资源进行研究。基于这样的发展形势下，机 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 器视觉技术已不能局限于单纯的采集数据、分析处理以及结果 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， 判定，未来的发展方向应更具开放性，与自动化紧密融合是目 可获得三维传感。由于焊接下作危险系数大，许多操作无法实 前该项技术的必然发展趋势，并且随着技术的不断发展与进步， 现人为直接操作，一些Ｔ作环境也无法直接进行人Ｔ作业。例 最终实现机械制造的智能化。 如核辐射环境、水下、熔池、溶液飞溅等环境。机器视觉技术 参考文献 的应用弥补了人下作业的不足。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阿像的提取，对焊接性能、 ［１］张建中，何永义，李军．机器人装配视觉定位应用研究［Ｊ］． 机电工程，２Ｏ儿，０３（０８）：１Ｏ９—１１４． 焊接结构以及焊接组织进行预测，确保焊接质量。 目前，该技术在熔池形状、焊道形貌检测，焊道控制、熔 ［２］刘朝营，许自成，闰铁军．机器视觉技术在烟草行业的应用 透控制，焊缝跟踪得到推广应用，进一步提高了机器人焊接的 状况［Ｊ］．中国农业科技导报，２０１１，０９（０４）：２８卜２８６． 智能化、自动化程度。由于焊接过程复杂、视觉系统应用造价 【３］刘金桥，吴金强．机器视觉系统发展及其应用…．机械工程 与自动化，２０１０，１ ３（０１）：３５４－３５９． （上接第１１３页） 所以，为了保证数据的完全安全性，通过适当增加密钥长度的・ 度较慢，在一定程度上了该加密算法的推广应用。通常情 方式成为了当前加密处理数据的必要途径，这也导致了对称数 况下，采用将ＤＥＳ、ＲＳＡ相结合的复合算法具有较强的优势。 据变异算法，例如３ＤＥＳ算法。下一步加密的输入，直到完成 例如，在加密过程中充分利用ｑＥＳ加密速度快的优点以及ＲＳＡ 所有的加密操作程序，最后通过逆、 的安全性的优势对ＤＥＳ密钥进行加密，合理解决ＤＥＳ中密钥管 另外对称数据加密技术还包括一种典型的算法——ＡＥｓ加 理问题。这种复合数据加密的方式在当前网络通信数据加密过 密技术，其与ＤＥＳ技术不同点在于密钥长度相对较长，在网络 程中得到了广泛应用。 通信过程中具有比ＤＥＳ加密技术较高的安全性和加密效率。在 ３．３公开密钥数据加密技术应用 加密过程中，其同样采用对称分组加密的方法，设计密钥长度 包括１２８位、ｌ９２位、２５６位。 该种加密技术与上述两种加密方法都不同。其一，是加密 密钥，其主要用于数据加密，该加密算法是当前美国高级加密 ３．２非对称数据加密技术应用 的基本算法标准；其二，数据的解密密钥，主要用于数据的解密。 这种加密算法是加密与解密过程分别采川不同的密钥进行 南于加密、解密具有较强的数据相关性，但是两者不能相互推 加密、解密，一般分为“公钥”、“私钥”两种形式。其巾，“公 算 来。存加密之后只能根据对应的解密密钥才能获得真实数 钥”是指已经公开的加密技术，采用这种加密技术时，至需要 据信息。而公开密钥加密算法则可以对加密和解密过程进行对 接收端利Ｈｊ私钥进行解桁之后就能够获得真实数据。这种方式 调。通过将这种方法与非对称数据加密算法的结合，能够达到 能够达到合理避免数据窃听、泄露等问题。该项加密技术具有 减少ＲＡＳ加密计算量。 密钏机制——Ｉ｛ＳＡ。 具体的加密操作步骤为：１）埘数据的所 结语： 有 ｆ．土重新进行编码，扶得新的编打码内容；２）选定就一个 ｒｒｌ 网络信息Ｈｌ『代巾，来ｈ网络安全威胁时刻存在． ．此， 卡ｌｊ对较大的数 ｎ，较大的素数Ｐ、ｑ；３）选扦一个较大的数ｋ， 前的网络安全防护体系之下，不断提高网络数据的保护层次 保证（ｋ，（Ｐ—１）（ｑ－１））＝ｌ，这时ｋ！Ｊ｛ｌｊ足加密密钥；４）将需要 和加密技术水平是保证网络用户信息安全的重要途径。 加密的数据划分成为多个，在数据链巾将各个字母 做．一个独 参考文献 立的部分；５）将每组数据的所有二进制编码连接起来成为一个 完整的整数；６）通过对没分组数据进行ｋ次方求解之后，利用 ［１】刘祥飞．浅谈计算机网络中的数据加密［Ｊ］．计算机光盘软件 求解模ｎ运算，最终得到了密文。 与应用，２０１２‘（１）：１ ０２—１ ０３． 而解密步骤则是：找到数ｍ，确保ｋ ｍ＝ｌｍｏｄ（（Ｐ一１） （ｑ一 ［２】肖茜．计算机网络安全中数据加密技术应用探讨［Ｊ］．中国电 １）），其中ｋ是数据加密所采用的解密密钥。这种算法的密钥比 子商务，２０１１（２）：９０． 对称算法解密密钥较长，所以其在网络通信过程中具有较好的 ［３］马建．计算机网络安全中数据加密技术应用探讨［Ｊ】．山东省 安全新。当时，在加密过程中由于其计算量过大，导致加密速 聊城市中心血站，２０１１（１７）：４５—４９．
