基于计算机视觉的测量检测及基于AR技术的无图纸装配技术研究

摘要：本文介绍的计算机视觉测量和AR无图纸装配技术可有效降低工业生产中的错误率，提高装配效率，同时可以及时纠正错误的装配动作。减少图纸打印和升级过程中的资源浪费。

关键词：计算机视觉辅助装配；增强现实技术

引言：

目前公司几乎所有项目都是全新的研发与设计，都是首次试制，以往的绘制纸质图样费时，费力，三维投影出的二维工程图也不能完全反应实际VPM中的三维设计。设计者与施工人员之间存在很大上的的理解上误差，而施工人员又不能带着电脑一遍看三维一遍施工。导致每个新设计项目设计人员必须身临施工现场，参与生产服务，下发工程变更通知，另外，料件的尺寸错误如果没在装配之前识别出来，还会导致装配整个进程收到严重影响。全世界范围内，如波音公司已经完全实现了无纸质图纸的生产，我公司可取消二维纸质工程图的使用。制造，物流，质检环节采用三维模型指导工作。

一、基于计算机3D视觉的的产品检测

传统产品检测需要质量人员拿着图纸，对照图纸上的尺寸标注用卷尺或游标卡尺进行逐一测量，例如车体小件焊接（需要测量的尺寸数量巨大，很有可能发生遗漏疏忽，导致质量管控失效）。玻璃钢三维料件，用传统的游标卡尺、卷尺都是无法准确测量双曲面料件的尺寸的。借助計算机视觉（3D 成像技术，激光测距仪等）可以直接扫描实体到计算机，然后与工程模型CATIA进行比较。根据CATIA模型中料件的允许公差，自动识别实物料件的尺寸问题，直接生成问题LIST，自动帮助我们评判料件合格与否。与此同时，省去了在图纸中标注繁多且复杂的尺寸，也省去了纸质图纸的输出。还可以实现虚拟装配，将料件实体扫描成三维电子模型，此三维电子模型真实的反应了料件的尺寸、形状。然后将此电子模型放到CATIA中进行虚拟装配，计算机能识别实体料件是与CATIA结构树上的料件A匹配的，而不是料件B。然后自动将电子模型安装到料件A应该装配到的位置，并检测装配是否合格，如果装配有问题，将自动提示设计人员这个料件的实体并不合格。此方法将大大避免直到真正装配阶段才发现安装问题，把问题在首件鉴定阶段处理掉。

二、VR辅助车辆装配施工

操作者借助智能glass眼镜（眼镜同时具备oculus和google glass的功能）可实现完全无图纸装配施工，3D识别摄像头负责采集现实世界的物理信息（包括待装配料件的形状、尺寸信息），自动将信息与CATIA结构树或VPM上信息比对，通过VR眼镜将装配位置、装配工具、方法、所用材料、装配演示视频自动展示给操作者，操作者无需查阅图纸即可完成准确无误的装配，装配完成后，借助眼镜上的3D摄像头二次采集装配后的料件，并判断此装配是否符合VPM中的安装定位要求，一但发生实际安装与VPM系统中的安装不符，将自动提醒操作者此次装配错误或不合格，需要从新装配。做到在第一时间发现问题，解决问题。避免问题解决不及时，拖到交检时无法修改的局面。

三、VR远程施工指导

借助VR头戴设备及设备内置3D传感器，可实现设计人员与一线装配操作者远程在线互动，即使计者与操作者同时身处相同的虚拟施工环境。计算机同时通过操作者头戴传感器采集实体三维信息，并在虚拟环境中将实体三维信息叠加。设计人员不必身临施工现场即可与操作者对话，交流，设计者还可通过手势采集系统将手部动作输入到虚拟环境，一线操作者即可通过VR头戴设备看到设计者想表达的意思。操作者的任何动作也通过头戴设备采集，传给设计人员。即设计人员可远程参与生产服务，且不受地理位置限制，随时随地参与生产互动。如果需要修改设计方案，设计人员可以在线修改三维设计，不必生成二维图纸或通知内容，系统直接将最新方案通过VR设备传递给操作者。

四、与AR装配配合的物流技术

借助无人机技术，可实时采集获得生产现场的三维信息，生产管理人员可以随时随地远程遥控无人机查看车间任何一个装配台位的生产情况。实时了解生产进度。设计人员也可查看无人机采集到的信息，参与生产服务互动。智能生产，体积较小的料件可以通过无人机投递，不必操作者到处领料。

五、方案实施

a.头戴设备，b.手势采集，c.网络交换机，d.网络服务器，e.无人机。首先，在4G信号不可靠的情况下，要建立起生产车间的WIFI网络，保证车间可靠的网络覆盖。VR想要流畅运行，在设计与生产之间建立起流畅的通道，必须保证网络高速，可靠，另外还要进行加密管理。

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参考文献

[1] 计算机视觉：模型、学习和推理 [英] 西蒙，J.D.，普林斯 著

[2] 增强现实 技术、应用和人体因素（美）史蒂夫·奥库斯坦奈斯（Steve Aukstakalnis）

第一作者简介：马添书，1986年6月23日，男，辽宁，中车长春轨道客车股份有限公司，研究方向：轨道车辆。

（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司）