前言

工業(yè)機(jī)器人的“慧眼”

早在20世紀(jì)80年代美國國家標(biāo)準(zhǔn)局就預(yù)計(jì)，檢測任務(wù)的80%乃至90%將由視覺測量系統(tǒng)來完成，該預(yù)測至今已基本變成現(xiàn)實(shí)。近年來，隨著機(jī)器視覺技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)的快速性、精確性、智能化特性已廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)的各行各業(yè)中。

而且，在當(dāng)前以智能制造為核心的工業(yè)4.0時(shí)代背景下，中國制造2025戰(zhàn)略部署逐步深入，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)市場呈現(xiàn)爆炸式增長勢頭，而充當(dāng)工業(yè)機(jī)器人“慧眼”的機(jī)器視覺系統(tǒng)也功不可沒。

機(jī)器視覺系統(tǒng)是一種非接觸式的光學(xué)傳感系統(tǒng)，其同時(shí)集成軟硬件，能夠自動(dòng)地從所采集到的圖像中獲取信息或產(chǎn)生控制動(dòng)作。

簡言之，就是用計(jì)算機(jī)模擬人眼的視覺功能，從圖像或圖像序列中提取信息，進(jìn)行處理并加以理解，最終用于檢測、測量和控制。

典型的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)使用攝像機(jī)采集被測目標(biāo)的圖像信息，然后將模擬圖像信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)傳送給上位機(jī)的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)中會(huì)根據(jù)圖片的像素分布、亮度、標(biāo)志點(diǎn)和顏色等信息，運(yùn)算出被測目標(biāo)的位姿和形態(tài)等信息，最后根據(jù)測試得到的信息控制驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行響應(yīng)的操作。

目前機(jī)器視覺已經(jīng)應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品分選、醫(yī)療影像、產(chǎn)品包裝檢測和工業(yè)等領(lǐng)域中。

機(jī)器視覺在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用廣泛，主要有三個(gè)功能：視覺測量、視覺引導(dǎo)和視覺檢測。

視覺測量針對(duì)的是精度要求較高的一些零部件，精度要求為毫米級(jí)甚至為微米級(jí)，使用人的肉眼無法完成必須使用機(jī)器完成，如對(duì)高精度螺紋螺孔的尺寸需要通過機(jī)器視覺的方式進(jìn)行測量，保證連接的間隙和精度；

視覺引導(dǎo)是要求機(jī)器視覺能夠快速準(zhǔn)確地找到被測零件，并確認(rèn)其位置，引導(dǎo)機(jī)器人機(jī)械臂準(zhǔn)確抓取，如視覺引導(dǎo)隨機(jī)抓件，通過掃描工具箱內(nèi)隨機(jī)分布的零件得到三維圖像，采用模式識(shí)別的方式，在三維圖像中獲取機(jī)械臂抓取工件的最佳點(diǎn)，引導(dǎo)抓取實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)；

視覺檢測是使用機(jī)器視覺系統(tǒng)檢測生產(chǎn)線上的產(chǎn)品有無質(zhì)量問題，對(duì)其美觀度、舒適度和使用性能進(jìn)行檢測，是取代人工最多的環(huán)節(jié)，如國內(nèi)外都實(shí)現(xiàn)了使用機(jī)器視覺對(duì)馬鈴薯的幾何形狀檢測、表面缺陷檢測，從根據(jù)這些特征對(duì)馬鈴薯進(jìn)行分級(jí)。

機(jī)器視覺極大地提高了工業(yè)生產(chǎn)中的柔性和自動(dòng)化程度，并且能夠在危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境中完成一些人工難以完成的工作，在大批量的生產(chǎn)中極大地減少了人工的使用，并提高和保證了生產(chǎn)的質(zhì)量。

值得指出的是，機(jī)器視覺技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)典型代表的汽車工業(yè)中的應(yīng)用已十分廣泛。

作為世界上規(guī)模最大和最重要的產(chǎn)業(yè)之一的汽車制造業(yè)已有100多年的發(fā)展歷史。相比于其他制造業(yè)，汽車制造業(yè)具有幾個(gè)典型的特點(diǎn)：產(chǎn)量巨大且仍保持快速增長；車型更新?lián)Q代速度快；制造工藝流程非常復(fù)雜。機(jī)器視覺技術(shù)在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用，極大地提高了工藝的操作質(zhì)量和效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

其已成功地應(yīng)用于國內(nèi)外許多汽車主機(jī)廠，包括車輛及零部件自動(dòng)檢測、零件三維定位、車身組裝／加工，零件追溯等。機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用已貫穿了整個(gè)汽車車身制造過程，包括從初始原料質(zhì)量檢測發(fā)展到汽車零部件100%在線測量，再對(duì)制造過程中的焊接、涂膠、沖孔等工藝過程進(jìn)行把控，最后對(duì)車身總成、出廠的整車質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)。

目前，機(jī)器視覺已在現(xiàn)代工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，在未來的發(fā)展空間將更加廣闊，機(jī)器視覺技術(shù)必成為引導(dǎo)更高、更快、更穩(wěn)定的自動(dòng)化工業(yè)時(shí)代的“慧眼”。

但不得不指出，機(jī)器視覺技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中也受到一定因素的制約，需要未來進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)和提升。另外，目前計(jì)算機(jī)軟件的智能程度也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域大熱的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)目前在機(jī)器視覺領(lǐng)域的成功應(yīng)用較少，當(dāng)目標(biāo)對(duì)象多變、特征復(fù)雜、樣本數(shù)不夠的時(shí)候，深度學(xué)習(xí)無法使用，還是要回到傳統(tǒng)的老路上來，再考慮實(shí)時(shí)性的嚴(yán)格要求，機(jī)器視覺特別需要一種新的智能的普遍應(yīng)用于大部分領(lǐng)域的方法出來。

工業(yè)界基本都是三維的部件，而二維成像畢竟是三維空間的實(shí)際情況的一種病態(tài)數(shù)據(jù)采集，圍繞三維機(jī)器視覺檢測、測量、機(jī)器人導(dǎo)引等項(xiàng)目和應(yīng)用將會(huì)越來越多，三維視覺檢測將更多的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

在其他眾多民用領(lǐng)域也會(huì)迎來機(jī)器視覺發(fā)展的高潮，現(xiàn)代制造、醫(yī)療、電子、倉儲(chǔ)等各個(gè)領(lǐng)域都會(huì)有各種各樣的新應(yīng)用，促進(jìn)新時(shí)代智能化的發(fā)展；機(jī)器視覺硬件系統(tǒng)也會(huì)朝著嵌入式的方向發(fā)展，運(yùn)算效率和智能化程度越來越高。