機(jī)器視覺是人工智能正在快速發(fā)展的一個(gè)分支。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是通過(guò)機(jī)器視覺產(chǎn)品(即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，得到被攝目標(biāo)的形態(tài)信息，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

基于機(jī)器視覺的粗糙度檢測(cè)方案

在機(jī)械零件切削的過(guò)程中，刀具或砂輪遺留的刀痕，切屑分離時(shí)的塑性變形和機(jī)床振動(dòng)等因素，會(huì)使零件的表面形成微小的峰谷。這些微小峰谷的高低程度和間距狀況叫做表面粗糙度,也稱為微觀不平度,它是一種微觀幾何形狀誤差。產(chǎn)品的工作性能、可靠性、壽命在很大程度上取決于主要零件的表面質(zhì)量，因而粗糙度是重要的工業(yè)參數(shù)。

粗糙度儀又叫表面粗糙度儀、表面光潔度儀、表面粗糙度檢測(cè)儀、粗糙度測(cè)量?jī)x、粗糙度計(jì)、粗糙度測(cè)試儀等多種名稱。由于表面粗糙度與機(jī)械零件的配合性質(zhì)、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、接觸剛度、振動(dòng)和噪聲等有密切關(guān)系，所以粗糙度儀做為測(cè)量設(shè)備在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。

粗糙度儀從測(cè)量原理上主要分為兩大類：接觸式和非接觸式，接觸式粗糙度儀主要是主機(jī)和傳感器的形式，非接觸式粗糙度儀主要是光學(xué)原理，例如激光表面粗糙度儀。

應(yīng)用領(lǐng)域

表面質(zhì)量特征是零件重要的特征之一，由于表面粗糙度與機(jī)械零件的配合性質(zhì)、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、接觸剛度、振動(dòng)和噪聲等有密切關(guān)系，因而粗糙儀有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。

目前粗糙度儀的應(yīng)用領(lǐng)域有：

1.機(jī)械加工制造業(yè)，主要是金屬加工制造。粗糙度儀最初的產(chǎn)生就是為了檢測(cè)機(jī)械加工零件表面粗糙度而生的。尤其是觸針式粗糙度測(cè)量?jī)x比較適用于質(zhì)地比較堅(jiān)硬的金屬表面的檢測(cè)。如：汽車零配件加工制造業(yè)、機(jī)械零部件加工制造業(yè)，等等。這些加工制造行業(yè)只要涉及到工件表面質(zhì)量的，對(duì)于粗糙度儀的檢測(cè)應(yīng)用是必不可少的。

2.非金屬加工制造業(yè)，隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，越來(lái)越多的新型材料應(yīng)用到加工工藝上，如陶瓷、塑料、聚乙烯，等等，現(xiàn)在有些軸承就是用特殊陶瓷材料加工制作的，還有泵閥等是利用聚乙烯材料加工制成的。這些材料質(zhì)地堅(jiān)硬，某些應(yīng)用可以替代金屬材料制作工件，在生產(chǎn)加工過(guò)程中也需要檢測(cè)其表面粗糙度。

3.隨著粗糙度儀的技術(shù)和功能不斷加強(qiáng)和完善，以及深入的推廣和應(yīng)用，越來(lái)越多的行業(yè)被發(fā)現(xiàn)會(huì)需求粗糙度的檢測(cè)，除機(jī)械加工制造外，電力、通訊、電子，如交換機(jī)上聯(lián)軸器、集成電路半導(dǎo)體等生產(chǎn)加工過(guò)程中也需粗糙度的評(píng)定，甚至人們生活中使用的文具、餐具、人的牙齒表面都要用到表面粗糙度的檢驗(yàn)。

基本原理

非接觸式粗糙度檢測(cè)設(shè)備采用激光三角法原理對(duì)被測(cè)物體表面和激光器之間的距離變化進(jìn)行測(cè)量。該方法提供了通過(guò)一臺(tái)千兆網(wǎng)工業(yè)相機(jī)精確測(cè)量某一平面位移值的理論根據(jù)，從而將對(duì)工件表面高度變化值的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)相機(jī)成像面上光斑中心位置偏移值的測(cè)量。

激光三角法屬于無(wú)接觸測(cè)量，測(cè)量時(shí)，由光源發(fā)出的一束激光照射在待測(cè)物體平面上，通過(guò)反射最后在檢測(cè)器上成像。當(dāng)物體表面的位置發(fā)生改變時(shí)，其所成的像在檢測(cè)器上也發(fā)生相應(yīng)的位移。通過(guò)像移和實(shí)際位移之間的關(guān)系式，真實(shí)的物體位移可以由對(duì)像移的檢測(cè)和計(jì)算得到。

利用直射式三角法進(jìn)行微位移測(cè)量在實(shí)際應(yīng)用中必須滿足以下的條件：

1.必須保證激光束始終和被測(cè)量物體表面垂直；

2.要使得被測(cè)量物體的運(yùn)動(dòng)方向和測(cè)量面垂直；

3.要使得測(cè)量點(diǎn)盡量在參考零點(diǎn)附近并且始終要在測(cè)量范圍之內(nèi)。

利用激光三角法測(cè)量原理測(cè)量工件表面高度變化的精確度很高，理論精度可以達(dá)到±0.01mm以下。我國(guó)目前將激光三角法應(yīng)用于粗糙度、平面度以及工件高度和三維形狀的檢測(cè)技術(shù)方面的研究工作還做的很少，相關(guān)的文獻(xiàn)資料基本上也沒有，無(wú)先例可以參考借鑒，而在其他的加工領(lǐng)域，激光三角法已有不少應(yīng)用的先例，如激光切割高度跟隨系統(tǒng)精度在0.01mm，國(guó)產(chǎn)的錫膏測(cè)厚儀精度在0.1μm，激光測(cè)厚儀精度在1μm。

系統(tǒng)構(gòu)成

非接觸式粗糙度檢測(cè)設(shè)備主要由激光光源系統(tǒng)、工業(yè)相機(jī)成像系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，如圖所示。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心控制系統(tǒng)，用于控制相機(jī)的圖像拍攝和存儲(chǔ)，同時(shí)負(fù)責(zé)響應(yīng)操作員發(fā)送的外部命令；

激光光源將光照射在被切割工件表面上；相機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)攝取圖像信息，并輸入計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算得出工件表面高度；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)接收到計(jì)算機(jī)的指令后，調(diào)節(jié)傳送帶的速度，滿足不同調(diào)節(jié)測(cè)量。

搭建該系統(tǒng)需要激光器、照明光源、濾光片、華用科技千兆網(wǎng)工業(yè)相機(jī)、工作臺(tái)、驅(qū)動(dòng)裝置、PC機(jī)。激光三角測(cè)量法將對(duì)工件高度變化值的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)工業(yè)相機(jī)成像面上光斑中心位置偏移值的測(cè)量。測(cè)量的精度很大程度上和光斑在工業(yè)相機(jī)成像面上像點(diǎn)能量中心位置的測(cè)量準(zhǔn)確度有關(guān)。光斑像點(diǎn)在工業(yè)相機(jī)上一般要占據(jù)幾十個(gè)到上百個(gè)光敏單元，如果光斑本身越小，則像點(diǎn)也越小，光斑的能量中心也越突出，則光斑的能量中心越容易檢測(cè)。同理，光斑的光強(qiáng)越大，光斑的能量中心也越突出，則光斑的能量中心越容易檢測(cè)。

方案優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的接觸式粗糙度度檢測(cè)設(shè)備相比，我們提供的激光非接觸粗糙度檢測(cè)設(shè)備具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：

1.接觸式粗糙度儀測(cè)量時(shí)需要探針接觸，測(cè)尖易磨損和損壞，同時(shí)也容易劃傷工件表面。而激光非接觸粗糙度儀避免了對(duì)被測(cè)物體造成劃痕和磨損，尤其適用于各種柔軟材料、易腐蝕材料和傳統(tǒng)方式無(wú)法檢測(cè)的表面形態(tài)測(cè)量和分析。

2.接觸式粗糙度儀需要工作過(guò)程中多次校準(zhǔn)，而對(duì)于特定的測(cè)量環(huán)境，激光粗糙度測(cè)量?jī)x只需一次性設(shè)置和校準(zhǔn)，節(jié)約維護(hù)和再檢定的時(shí)間和金錢成本。

3.傳統(tǒng)的粗糙度測(cè)量?jī)x不能安裝在生產(chǎn)線上進(jìn)行在線連續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)量。激光粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量速度是傳統(tǒng)儀器的10到100倍，可以安裝在產(chǎn)品上進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。