前言

工業(yè)機(jī)器人的“慧眼”

早在20世紀(jì)80年代美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局就預(yù)計(jì)，檢測(cè)任務(wù)的80%乃至90%將由視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)完成，該預(yù)測(cè)至今已基本變成現(xiàn)實(shí)。近年來(lái)，隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)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(guó)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(chǎng)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)勢(shì)頭，而充當(dāng)工業(yè)機(jī)器人“慧眼”的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)也功不可沒(méi)。

機(jī)器視覺(jué)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(jiǎn)言之，就是用計(jì)算機(jī)模擬人眼的視覺(jué)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(cè)、測(cè)量和控制。

典型的工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)使用攝像機(jī)采集被測(cè)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(cè)目標(biāo)的位姿和形態(tài)等信息，最后根據(jù)測(cè)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(jué)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(cè)和工業(yè)等領(lǐng)域中。

機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用廣泛，主要有三個(gè)功能：視覺(jué)測(cè)量、視覺(jué)引導(dǎo)和視覺(jué)檢測(cè)。

視覺(jué)測(cè)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(wú)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(guò)機(jī)器視覺(jué)的方式進(jìn)行測(cè)量，保證連接的間隙和精度；

視覺(jué)引導(dǎo)是要求機(jī)器視覺(jué)能夠快速準(zhǔn)確地找到被測(cè)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(jué)引導(dǎo)隨機(jī)抓件，通過(guò)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(jué)檢測(cè)是使用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)生產(chǎn)線上的產(chǎn)品有無(wú)質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)其美觀度、舒適度和使用性能進(jìn)行檢測(cè)，是取代人工最多的環(huán)節(jié)，如國(guó)內(nèi)外都實(shí)現(xiàn)了使用機(jī)器視覺(jué)對(duì)馬鈴薯的幾何形狀檢測(cè)、表面缺陷檢測(cè)，從根據(jù)這些特征對(duì)馬鈴薯進(jìn)行分級(jí)。

機(jī)器視覺(jué)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(jué)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(zhǎng)；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(jué)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(guó)內(nèi)外許多汽車主機(jī)廠，包括車輛及零部件自動(dòng)檢測(cè)、零件三維定位、車身組裝／加工，零件追溯等。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用已貫穿了整個(gè)汽車車身制造過(guò)程，包括從初始原料質(zhì)量檢測(cè)發(fā)展到汽車零部件100%在線測(cè)量，再對(duì)制造過(guò)程中的焊接、涂膠、沖孔等工藝過(guò)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(jué)已在現(xiàn)代工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，在未來(lái)的發(fā)展空間將更加廣闊，機(jī)器視覺(jué)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(jué)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(lái)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(jué)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(jué)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(wú)法使用，還是要回到傳統(tǒng)的老路上來(lái)，再考慮實(shí)時(shí)性的嚴(yán)格要求，機(jī)器視覺(jué)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(lái)。

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(jué)檢測(cè)、測(cè)量、機(jī)器人導(dǎo)引等項(xiàng)目和應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多，三維視覺(jué)檢測(cè)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(lái)機(jī)器視覺(jué)發(fā)展的高潮，現(xiàn)代制造、醫(yī)療、電子、倉(cāng)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(jué)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(lái)越高。