摘要：本文介紹的計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量和AR無(wú)圖紙裝配技術(shù)可有效降低工業(yè)生產(chǎn)中的錯(cuò)誤率，提高裝配效率，同時(shí)可以及時(shí)糾正錯(cuò)誤的裝配動(dòng)作。減少圖紙打印和升級(jí)過(guò)程中的資源浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)視覺(jué)輔助裝配；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

引言：

目前公司幾乎所有項(xiàng)目都是全新的研發(fā)與設(shè)計(jì)，都是首次試制，以往的繪制紙質(zhì)圖樣費(fèi)時(shí)，費(fèi)力，三維投影出的二維工程圖也不能完全反應(yīng)實(shí)際VPM中的三維設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)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(dǎo)致每個(gè)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員必須身臨施工現(xiàn)場(chǎng)，參與生產(chǎn)服務(wù)，下發(fā)工程變更通知，另外，料件的尺寸錯(cuò)誤如果沒(méi)在裝配之前識(shí)別出來(lái)，還會(huì)導(dǎo)致裝配整個(gè)進(jìn)程收到嚴(yán)重影響。全世界范圍內(nèi)，如波音公司已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙質(zhì)圖紙的生產(chǎn)，我公司可取消二維紙質(zhì)工程圖的使用。制造，物流，質(zhì)檢環(huán)節(jié)采用三維模型指導(dǎo)工作。

一、基于計(jì)算機(jī)3D視覺(jué)的的產(chǎn)品檢測(cè)

傳統(tǒng)產(chǎn)品檢測(cè)需要質(zhì)量人員拿著圖紙，對(duì)照?qǐng)D紙上的尺寸標(biāo)注用卷尺或游標(biāo)卡尺進(jìn)行逐一測(cè)量，例如車體小件焊接（需要測(cè)量的尺寸數(shù)量巨大，很有可能發(fā)生遺漏疏忽，導(dǎo)致質(zhì)量管控失效）。玻璃鋼三維料件，用傳統(tǒng)的游標(biāo)卡尺、卷尺都是無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量雙曲面料件的尺寸的。借助計(jì)算機(jī)視覺(jué)（3D 成像技術(shù)，激光測(cè)距儀等）可以直接掃描實(shí)體到計(jì)算機(jī)，然后與工程模型CATIA進(jìn)行比較。根據(jù)CATIA模型中料件的允許公差，自動(dòng)識(shí)別實(shí)物料件的尺寸問(wèn)題，直接生成問(wèn)題LIST，自動(dòng)幫助我們?cè)u(píng)判料件合格與否。與此同時(shí)，省去了在圖紙中標(biāo)注繁多且復(fù)雜的尺寸，也省去了紙質(zhì)圖紙的輸出。還可以實(shí)現(xiàn)虛擬裝配，將料件實(shí)體掃描成三維電子模型，此三維電子模型真實(shí)的反應(yīng)了料件的尺寸、形狀。然后將此電子模型放到CATIA中進(jìn)行虛擬裝配，計(jì)算機(jī)能識(shí)別實(shí)體料件是與CATIA結(jié)構(gòu)樹(shù)上的料件A匹配的，而不是料件B。然后自動(dòng)將電子模型安裝到料件A應(yīng)該裝配到的位置，并檢測(cè)裝配是否合格，如果裝配有問(wèn)題，將自動(dòng)提示設(shè)計(jì)人員這個(gè)料件的實(shí)體并不合格。此方法將大大避免直到真正裝配階段才發(fā)現(xiàn)安裝問(wèn)題，把問(wèn)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(shí)具備oculus和google glass的功能）可實(shí)現(xiàn)完全無(wú)圖紙裝配施工，3D識(shí)別攝像頭負(fù)責(zé)采集現(xiàn)實(shí)世界的物理信息（包括待裝配料件的形狀、尺寸信息），自動(dòng)將信息與CATIA結(jié)構(gòu)樹(shù)或VPM上信息比對(duì)，通過(guò)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(dòng)展示給操作者，操作者無(wú)需查閱圖紙即可完成準(zhǔn)確無(wú)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(fā)生實(shí)際安裝與VPM系統(tǒng)中的安裝不符，將自動(dòng)提醒操作者此次裝配錯(cuò)誤或不合格，需要從新裝配。做到在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。避免問(wèn)題解決不及時(shí)，拖到交檢時(shí)無(wú)法修改的局面。

三、VR遠(yuǎn)程施工指導(dǎo)

借助VR頭戴設(shè)備及設(shè)備內(nèi)置3D傳感器，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員與一線裝配操作者遠(yuǎn)程在線互動(dòng)，即使計(jì)者與操作者同時(shí)身處相同的虛擬施工環(huán)境。計(jì)算機(jī)同時(shí)通過(guò)操作者頭戴傳感器采集實(shí)體三維信息，并在虛擬環(huán)境中將實(shí)體三維信息疊加。設(shè)計(jì)人員不必身臨施工現(xiàn)場(chǎng)即可與操作者對(duì)話，交流，設(shè)計(jì)者還可通過(guò)手勢(shì)采集系統(tǒng)將手部動(dòng)作輸入到虛擬環(huán)境，一線操作者即可通過(guò)VR頭戴設(shè)備看到設(shè)計(jì)者想表達(dá)的意思。操作者的任何動(dòng)作也通過(guò)頭戴設(shè)備采集，傳給設(shè)計(jì)人員。即設(shè)計(jì)人員可遠(yuǎn)程參與生產(chǎn)服務(wù)，且不受地理位置限制，隨時(shí)隨地參與生產(chǎn)互動(dòng)。如果需要修改設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)人員可以在線修改三維設(shè)計(jì)，不必生成二維圖紙或通知內(nèi)容，系統(tǒng)直接將最新方案通過(guò)VR設(shè)備傳遞給操作者。

四、與AR裝配配合的物流技術(shù)

借助無(wú)人機(jī)技術(shù)，可實(shí)時(shí)采集獲得生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的三維信息，生產(chǎn)管理人員可以隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程遙控?zé)o人機(jī)查看車間任何一個(gè)裝配臺(tái)位的生產(chǎn)情況。實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)進(jìn)度。設(shè)計(jì)人員也可查看無(wú)人機(jī)采集到的信息，參與生產(chǎn)服務(wù)互動(dòng)。智能生產(chǎn)，體積較小的料件可以通過(guò)無(wú)人機(jī)投遞，不必操作者到處領(lǐng)料。

五、方案實(shí)施

a.頭戴設(shè)備，b.手勢(shì)采集，c.網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，d.網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，e.無(wú)人機(jī)。首先，在4G信號(hào)不可靠的情況下，要建立起生產(chǎn)車間的WIFI網(wǎng)絡(luò)，保證車間可靠的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。VR想要流暢運(yùn)行，在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)之間建立起流暢的通道，必須保證網(wǎng)絡(luò)高速，可靠，另外還要進(jìn)行加密管理。

DRIF 電子標(biāo)簽改善物流倉(cāng)儲(chǔ)管理。加快物料查找的速度與準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1] 計(jì)算機(jī)視覺(jué)：模型、學(xué)習(xí)和推理 [英] 西蒙，J.D.，普林斯 著

[2] 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 技術(shù)、應(yīng)用和人體因素（美）史蒂夫·奧庫(kù)斯坦奈斯（Steve Aukstakalnis）

第一作者簡(jiǎn)介：馬添書(shū)，1986年6月23日，男，遼寧，中車長(zhǎng)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(zhǎng)春軌道客車股份有限公司）