基于計算機視覺的測量檢測及基于AR技術的無圖紙裝配技術研究

摘要：本文介紹的計算機視覺測量和AR無圖紙裝配技術可有效降低工業生產中的錯誤率，提高裝配效率，同時可以及時糾正錯誤的裝配動作。減少圖紙打印和升級過程中的資源浪費。

關鍵詞：計算機視覺輔助裝配；增強現實技術

引言：

目前公司幾乎所有項目都是全新的研發與設計，都是首次試制，以往的繪制紙質圖樣費時，費力，三維投影出的二維工程圖也不能完全反應實際VPM中的三維設計。設計者與施工人員之間存在很大上的的理解上誤差，而施工人員又不能帶著電腦一遍看三維一遍施工。導致每個新設計項目設計人員必須身臨施工現場，參與生產服務，下發工程變更通知，另外，料件的尺寸錯誤如果沒在裝配之前識別出來，還會導致裝配整個進程收到嚴重影響。全世界范圍內，如波音公司已經完全實現了無紙質圖紙的生產，我公司可取消二維紙質工程圖的使用。制造，物流，質檢環節采用三維模型指導工作。

一、基于計算機3D視覺的的產品檢測

傳統產品檢測需要質量人員拿著圖紙，對照圖紙上的尺寸標注用卷尺或游標卡尺進行逐一測量，例如車體小件焊接（需要測量的尺寸數量巨大，很有可能發生遺漏疏忽，導致質量管控失效）。玻璃鋼三維料件，用傳統的游標卡尺、卷尺都是無法準確測量雙曲面料件的尺寸的。借助計算機視覺（3D 成像技術，激光測距儀等）可以直接掃描實體到計算機，然后與工程模型CATIA進行比較。根據CATIA模型中料件的允許公差，自動識別實物料件的尺寸問題，直接生成問題LIST，自動幫助我們評判料件合格與否。與此同時，省去了在圖紙中標注繁多且復雜的尺寸，也省去了紙質圖紙的輸出。還可以實現虛擬裝配，將料件實體掃描成三維電子模型，此三維電子模型真實的反應了料件的尺寸、形狀。然后將此電子模型放到CATIA中進行虛擬裝配，計算機能識別實體料件是與CATIA結構樹上的料件A匹配的，而不是料件B。然后自動將電子模型安裝到料件A應該裝配到的位置，并檢測裝配是否合格，如果裝配有問題，將自動提示設計人員這個料件的實體并不合格。此方法將大大避免直到真正裝配階段才發現安裝問題，把問題在首件鑒定階段處理掉。

二、VR輔助車輛裝配施工

操作者借助智能glass眼鏡（眼鏡同時具備oculus和google glass的功能）可實現完全無圖紙裝配施工，3D識別攝像頭負責采集現實世界的物理信息（包括待裝配料件的形狀、尺寸信息），自動將信息與CATIA結構樹或VPM上信息比對，通過VR眼鏡將裝配位置、裝配工具、方法、所用材料、裝配演示視頻自動展示給操作者，操作者無需查閱圖紙即可完成準確無誤的裝配，裝配完成后，借助眼鏡上的3D攝像頭二次采集裝配后的料件，并判斷此裝配是否符合VPM中的安裝定位要求，一但發生實際安裝與VPM系統中的安裝不符，將自動提醒操作者此次裝配錯誤或不合格，需要從新裝配。做到在第一時間發現問題，解決問題。避免問題解決不及時，拖到交檢時無法修改的局面。

三、VR遠程施工指導

借助VR頭戴設備及設備內置3D傳感器，可實現設計人員與一線裝配操作者遠程在線互動，即使計者與操作者同時身處相同的虛擬施工環境。計算機同時通過操作者頭戴傳感器采集實體三維信息，并在虛擬環境中將實體三維信息疊加。設計人員不必身臨施工現場即可與操作者對話，交流，設計者還可通過手勢采集系統將手部動作輸入到虛擬環境，一線操作者即可通過VR頭戴設備看到設計者想表達的意思。操作者的任何動作也通過頭戴設備采集，傳給設計人員。即設計人員可遠程參與生產服務，且不受地理位置限制，隨時隨地參與生產互動。如果需要修改設計方案，設計人員可以在線修改三維設計，不必生成二維圖紙或通知內容，系統直接將最新方案通過VR設備傳遞給操作者。

四、與AR裝配配合的物流技術

借助無人機技術，可實時采集獲得生產現場的三維信息，生產管理人員可以隨時隨地遠程遙控無人機查看車間任何一個裝配臺位的生產情況。實時了解生產進度。設計人員也可查看無人機采集到的信息，參與生產服務互動。智能生產，體積較小的料件可以通過無人機投遞，不必操作者到處領料。

五、方案實施

a.頭戴設備，b.手勢采集，c.網絡交換機，d.網絡服務器，e.無人機。首先，在4G信號不可靠的情況下，要建立起生產車間的WIFI網絡，保證車間可靠的網絡覆蓋。VR想要流暢運行，在設計與生產之間建立起流暢的通道，必須保證網絡高速，可靠，另外還要進行加密管理。

DRIF 電子標簽改善物流倉儲管理。加快物料查找的速度與準確性。

參考文獻

[1] 計算機視覺：模型、學習和推理 [英] 西蒙，J.D.，普林斯 著

[2] 增強現實 技術、應用和人體因素（美）史蒂夫·奧庫斯坦奈斯（Steve Aukstakalnis）

第一作者簡介：馬添書，1986年6月23日，男，遼寧，中車長春軌道客車股份有限公司，研究方向：軌道車輛。

（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司）