機(jī)器視覺是人工智能正在快速發(fā)展的一個分支。簡單說來，機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是通過機(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，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;圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。

基于機(jī)器視覺的粗糙度檢測方案

在機(jī)械零件切削的過程中，刀具或砂輪遺留的刀痕，切屑分離時的塑性變形和機(jī)床振動等因素，會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、表面粗糙度檢測儀、粗糙度測量儀、粗糙度計、粗糙度測試儀等多種名稱。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、振動和噪聲等有密切關(guān)系，所以粗糙度儀做為測量設(shè)備在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。

粗糙度儀從測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量儀比較適用于質(zhì)地比較堅硬的金屬表面的檢測。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，對于粗糙度儀的檢測應(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)加工過程中也需要檢測其表面粗糙度。

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，越來越多的行業(yè)被發(fā)現(xiàn)會需求粗糙度的檢測，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)加工過程中也需粗糙度的評定，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。

基本原理

非接觸式粗糙度檢測設(shè)備采用激光三角法原理對被測物體表面和激光器之間的距離變化進(jìn)行測量。該方法提供了通過一臺千兆網(wǎng)工業(yè)相機(jī)精確測量某一平面位移值的理論根據(jù)，從而將對工件表面高度變化值的測量轉(zhuǎn)化為對相機(jī)成像面上光斑中心位置偏移值的測量。

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

利用直射式三角法進(jìn)行微位移測量在實際應(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量物體表面垂直；

2.要使得被測量物體的運動方向和測量面垂直；

3.要使得測量點盡量在參考零點附近并且始終要在測量范圍之內(nèi)。

利用激光三角法測量原理測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，國產(chǎn)的錫膏測厚儀精度在0.1μm，激光測厚儀精度在1μm。

系統(tǒng)構(gòu)成

非接觸式粗糙度檢測設(shè)備主要由激光光源系統(tǒng)、工業(yè)相機(jī)成像系統(tǒng)、計算機(jī)軟件系統(tǒng)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成，如圖所示。計算機(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，同時負(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，并輸入計算機(jī)，通過計算機(jī)計算得出工件表面高度；驅(qū)動機(jī)構(gòu)接收到計算機(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、驅(qū)動裝置、PC機(jī)。激光三角測量法將對工件高度變化值的測量轉(zhuǎn)化為對工業(yè)相機(jī)成像面上光斑中心位置偏移值的測量。測量的精度很大程度上和光斑在工業(yè)相機(jī)成像面上像點能量中心位置的測量準(zhǔn)確度有關(guān)。光斑像點在工業(yè)相機(jī)上一般要占據(jù)幾十個到上百個光敏單元，如果光斑本身越小，則像點也越小，光斑的能量中心也越突出，則光斑的能量中心越容易檢測。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。

方案優(yōu)勢

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

1.接觸式粗糙度儀測量時需要探針接觸，測尖易磨損和損壞，同時也容易劃傷工件表面。而激光非接觸粗糙度儀避免了對被測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)方式無法檢測的表面形態(tài)測量和分析。

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

3.傳統(tǒng)的粗糙度測量儀不能安裝在生產(chǎn)線上進(jìn)行在線連續(xù)動態(tài)測量。激光粗糙度測量儀測量速度是傳統(tǒng)儀器的10到100倍，可以安裝在產(chǎn)品上進(jìn)行動態(tài)測量。