CN113516779A - 一种面向增强现实的电缆铺设工艺设计与引导系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种面向增强现实的电缆铺设工艺设计与引导系统及方法，针对武器系统电缆铺设人力成本高、误操作率高的问题，充分发挥增强可视化技术的优势，面向生产现场，研究现场操作引导和装配过程监控方法，从软件和硬件两方面着手实现了装配工艺的增强可视化，提高了装配工艺在现场的可理解性，实现了装配过程中的实时引导，能够有效减少装配操作培训和对熟练工人的依赖，实现装配过程的快速检验，提升装配质量的管控能力，从而更好地指导现场装配操作，提高装配质量和装配效率。

Description

一种面向增强现实的电缆铺设工艺设计与引导系统及方法
技术领域
本发明属于武器系统装配技术领域，具体涉及一种面向增强现实技术的电缆铺设工艺设计与引导系统及方法。
背景技术
随着武器系统技术指标的不断提高，人工化智能化程度不断加深，零件数量日益增多、种类更加复杂，装配精度要求逐步提升，装备装配过程中任何零件或环节的遗漏均会对最终产品的性能和质量埋下巨大的隐患。作为武器系统中不可或缺的一部分，电缆将武器系统有机整合，在战场上发挥了重大的战略意义。当前，现场工人往往承担不同产品、多种工序的装配，大量的装配工艺信息使得他们必须借助书面指导手册的辅助，传统的装配指导手册包含大量文字描述，需要经过信息的理解转换才能提取有用信息，此过程耗费时间长，对人的认知能力负担大。因此电缆铺设因操作不到位引起的生产问题呈上升趋势。
发明内容
为克服现有技术中的问题，本发明提供了一种面向增强现实的电缆铺设工艺设计与引导系统，包括：
增强装配内容编辑子系统、增强装配实时引导子系统，
其中，所述增强装配内容编辑子系统包括存储零件可视化信息的三维模型库，以及存储电缆铺设操作规程与用于辅助电缆铺设操作相应增强信息的装配工艺增强数据库；
所述增强装配内容编辑子系统用于根据零件可视化信息生成待装配产品包括三维模型、产品技术要求的设计数据，以及根据所述设计数据与电缆铺设操作规程数据、用于辅助电缆铺设操作的增强信息完成电缆铺设工艺设计并生成相应的可视化电缆铺设流程信息；
所述增强装配实时引导子系统包括视频采集设备与显示设备，其利用视频采集设备采集装配现场真实场景，并将真实场景的视频信息与所述可视化电缆铺设流程信息进行融合，通过显示设备向装配工人提供融合的装配引导信息以指导电缆铺设过程。
进一步地，所述增强装配实时引导子系统将视频采集设备采集的电缆铺设过程的视频信息实时反馈给所述增强装配内容编辑子系统，用于对所述可视化电缆铺设流程信息进行更新。
相应地，本发明还提供了一种面向增强现实的电缆铺设工艺设计与引导方法，依次执行以下步骤：
增强装配内容编辑子系统向产品设计人员提供零件可视化信息、电缆铺设操作规程与相应增强信息；
产品设计人员根据零件可视化信息建立待装配产品包括三维模型、产品技术要求的设计数据；
工艺设计人员根据所述设计数据与电缆铺设操作规程数据、用于辅助电缆铺设操作的增强信息设计电缆铺设工艺，并生成相应的可视化电缆铺设流程信息；
增强装配实时引导子系统利用视频采集设备采集装配现场真实场景，并将真实场景的视频信息与所述可视化电缆铺设流程信息进行融合，通过显示设备向装配工人提供融合的装配引导信息以指导电缆铺设过程。
进一步地，所述增强装配实时引导子系统将视频采集设备采集的电缆铺设过程的视频信息实时反馈给所述增强装配内容编辑子系统，用于对所述可视化电缆铺设流程信息进行更新。
进一步地，所述增强装配内容编辑子系统将真实场景的视频信息与所述可视化电缆铺设流程信息进行融合，包括在真实场景中利用文字、动画、静态图像等多种方式融合显示电缆铺设路径、操作步骤指引箭头、逐个装配阶段的所需的工具与电缆铺设要求。
进一步地，所述增强装配实时引导子系统指导电缆铺设过程具体包括以下步骤：
1)增强装配实时引导子系统启动并载入电缆铺设工艺文件与可视化电缆铺设流程信息；
2)连接视频采集设备，对装配现场的真实场景的视频信息进行采集；
3)将所采集的视频信息与所述可视化电缆铺设流程信息融合，形成融合的装配引导信息；
4)根据装配工人当前正在执行的步骤，提供下一步骤的引导信息显示；
5)所有步骤完成后系统关闭。
进一步地，所述引导子系统将单输入单输出、多输入多输出的线缆，按照不同的走线路径，采用生长式仿真手段体现在待装配设备上的相应位置，以引导工人布置线缆，实现线缆路径的规划。
进一步地，在指导电缆铺设的过程中具体基于累加式动态模型的方法。
有益效果
上述本发明所提供的系统和方法，针对武器系统电缆铺设人力成本高、误操作率高的问题，充分发挥增强可视化技术的优势，面向生产现场，研究现场操作引导和装配过程监控方法，从软件和硬件两方面着手实现了装配工艺的增强可视化，提高了装配工艺在现场的可理解性，实现了装配过程中的实时引导，能够有效减少装配操作培训和对熟练工人的依赖，实现装配过程的快速检验，提升装配质量的管控能力，从而更好地指导现场装配操作，提高装配质量和装配效率。
附图说明
图1示出了本发明所提供系统和方法的总体框架；
图2示出了本发明所提供系统的组成结构；
图3示出了增强装配内容编辑子系统的工作流程原理；
图4示出了增强装配实时引导子系统的工作流程原理。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
本发明所提供的一种面向增强现实的电缆铺设工艺设计与引导系统，如图1、2所示，包括：
增强装配内容编辑子系统、增强装配实时引导子系统，
其中，所述增强装配内容编辑子系统包括存储零件可视化信息的三维模型库，以及存储电缆铺设操作规程与用于辅助电缆铺设操作相应增强信息的装配工艺增强数据库；
所述增强装配内容编辑子系统用于根据零件可视化信息生成待装配产品包括三维模型、产品技术要求的设计数据，以及根据所述设计数据与电缆铺设操作规程数据、用于辅助电缆铺设操作的增强信息完成电缆铺设工艺设计并生成相应的可视化电缆铺设流程信息；
所述增强装配实时引导子系统包括视频采集设备与显示设备，其利用视频采集设备采集装配现场真实场景，并将真实场景的视频信息与所述可视化电缆铺设流程信息进行融合，通过显示设备向装配工人提供融合的装配引导信息以指导电缆铺设过程。
上述系统中，增强装配内容编辑子系统负责对现场增强装配实时应用所显示的虚拟信息进行布局、管理和编辑，属于增强装配实时引导的前端环节，这一阶段的任务是创建用于现场显示的AR内容，与增强现实现场应用是前后承接的关系。装配产品设计是设计人员建立产品的三维模型、编写技术要求并生成图纸文件的过程；装配工艺设计是利用产品设计数据编制工艺流程，生成装配工艺卡的过程，这两个阶段属于内容编辑的上游环节，是内容编辑利用的信息数据来源。
增强装配内容编辑面向的用户为装配工艺设计人员，工艺人员利用增强装配内容编辑工具管理和布局需要呈现给工人的可视化的辅助装配信息，规划在“何时”、“何地”显示“何种”信息。
增强装配实时引导子系统应用于现场，面向的用户为现场装配工人，目标是辅助人工装配，为用户提供可视化的装配引导信息。真实装配现场通常配置摄像机和显示器设备，分别用于获取现场装配环境的实时视频和显示虚实信息融合的装配引导画面，装配工人通过查看显示设备里虚实融合视频，在装配引导信息的提示下完成操作。
增强装配工艺步骤文件是增强装配内容编辑与增强装配实时引导的桥梁，作为前者的输出文件以及后者的输入文件。由前所述，增强装配采用基本装配工艺模板分解工序，再利用可视化表达方式将基本装配工艺的信息描述，因此，增强装配工艺步骤文件包含两者的数据，同时根据基本装配工艺的类型分类存储。
在本发明的一个优选实施方式中，所述增强装配实时引导子系统将视频采集设备采集的电缆铺设过程的视频信息实时反馈给所述增强装配内容编辑子系统，用于对所述可视化电缆铺设流程信息进行更新。
相应地，本发明还提供了面向增强现实的电缆铺设工艺生成与引导方法，依次执行以下步骤：
增强装配内容编辑子系统向产品设计人员提供零件可视化信息、电缆铺设操作规程与相应增强信息；
产品设计人员根据零件可视化信息建立待装配产品包括三维模型、产品技术要求的设计数据；
工艺设计人员根据所述设计数据与电缆铺设操作规程数据、用于辅助电缆铺设操作的增强信息设计电缆铺设工艺，并生成相应的可视化电缆铺设流程信息；
增强装配实时引导子系统利用视频采集设备采集装配现场真实场景，并将真实场景的视频信息与所述可视化电缆铺设流程信息进行融合，通过显示设备向装配工人提供融合的装配引导信息以指导电缆铺设过程。
所述增强装配实时引导子系统将视频采集设备采集的电缆铺设过程的视频信息实时反馈给所述增强装配内容编辑子系统，用于对所述可视化电缆铺设流程信息进行更新。
具体地，如图3所示，所述增强装配内容编辑子系统将真实场景的视频信息与所述可视化电缆铺设流程信息进行融合，包括在真实场景中利用文字、动画、静态图像等多种方式融合显示电缆铺设路径、操作步骤指引箭头、逐个装配阶段的所需的工具与电缆铺设要求。
如图4所示，所述增强装配实时引导子系统指导电缆铺设过程具体包括以下步骤：
1)增强装配实时引导子系统启动并载入电缆铺设工艺文件与可视化电缆铺设流程信息；
2)连接视频采集设备，对装配现场的真实场景的视频信息进行采集；
3)将所采集的视频信息与所述可视化电缆铺设流程信息融合，形成融合的装配引导信息；
4)根据装配工人当前正在执行的步骤，提供下一步骤的引导信息显示；
5)所有步骤完成后系统关闭。
在本发明的一个优选实例中，利用KANZ-4M-5MP工业摄像头、高速数据采集卡、基于Intel i7 3.60GHz处理器与8GB内存且具有1920*1080分辨率的虚实融合场景显示设备、Thinkstation TS P520C高性能服务器、基于Win 10平台的头戴式增强显示眼镜构建面向增强现实的电缆铺设工艺设计与引导系统。针对武器系统中的简单组合结构、复杂的设备舱以及机柜结构分别实施本发明。其中对设备舱具体执行如表所示的方案。
表1 液压仓增强装配工艺方案
Figure BDA0003120403350000071
表中，内容2具体包括：线缆走线路径规划，主要是依据工艺设计的要求，将单输入单输出、多输入多输出的线缆，按照不同的走线路径，采用生长式仿真手段体现在电器柜内。引导工人布置线缆，实现线缆路径的规划。
内容4具体包括：线束捆扎是将不同型号的线束，按照一定的规则用扎带进行捆绑，然后安放在电器柜中。线束捆扎主要涉及到捆扎间隔，捆扎内容以及捆扎方式等信息。基于累加式动态模型的方式，采用增强装配进行引导。
通过这种方式能够使工人在过程中看到涵盖文本、照片、动画、模型等丰富全面的信息类型。装配过程显示武器系统产品电缆首次铺设的平均时间比三维装配工艺文件方式所用时间缩短了24％，并且电缆首次铺设的正确率比三维装配工艺文件方式提升了31％。
以上对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种面向增强现实的电缆铺设工艺设计与引导系统，其特征在于包括：
增强装配内容编辑子系统、增强装配实时引导子系统，
其中，所述增强装配内容编辑子系统包括存储零件可视化信息的三维模型库，以及存储电缆铺设操作规程与用于辅助电缆铺设操作相应增强信息的装配工艺增强数据库；
所述增强装配内容编辑子系统用于根据零件可视化信息生成待装配产品包括三维模型、产品技术要求的设计数据，以及根据所述设计数据与电缆铺设操作规程数据、用于辅助电缆铺设操作的增强信息完成电缆铺设工艺设计并生成相应的可视化电缆铺设流程信息；
所述增强装配实时引导子系统包括视频采集设备与显示设备，其利用视频采集设备采集装配现场真实场景，并将真实场景的视频信息与所述可视化电缆铺设流程信息进行融合，通过显示设备向装配工人提供融合的装配引导信息以指导电缆铺设过程。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述增强装配实时引导子系统将视频采集设备采集的电缆铺设过程的视频信息实时反馈给所述增强装配内容编辑子系统，用于对所述可视化电缆铺设流程信息进行更新。
3.一种面向增强现实的电缆铺设工艺设计与引导方法，其特征在于：利用如权利要求1或2所述的系统依次执行以下步骤：
增强装配内容编辑子系统向产品设计人员提供零件可视化信息、电缆铺设操作规程与相应增强信息；
产品设计人员根据零件可视化信息建立待装配产品包括三维模型、产品技术要求的设计数据；
工艺设计人员根据所述设计数据与电缆铺设操作规程数据、用于辅助电缆铺设操作的增强信息设计电缆铺设工艺，并生成相应的可视化电缆铺设流程信息；
增强装配实时引导子系统利用视频采集设备采集装配现场真实场景，并将真实场景的视频信息与所述可视化电缆铺设流程信息进行融合，通过显示设备向装配工人提供融合的装配引导信息以指导电缆铺设过程。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述增强装配实时引导子系统将视频采集设备采集的电缆铺设过程的视频信息实时反馈给所述增强装配内容编辑子系统，用于对所述可视化电缆铺设流程信息进行更新。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述增强装配内容编辑子系统将真实场景的视频信息与所述可视化电缆铺设流程信息进行融合，包括在真实场景中利用文字、动画、静态图像等多种方式融合显示电缆铺设路径、操作步骤指引箭头、逐个装配阶段的所需的工具与电缆铺设要求。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述增强装配实时引导子系统指导电缆铺设过程具体包括以下步骤：
1)增强装配实时引导子系统启动并载入电缆铺设工艺文件与可视化电缆铺设流程信息；
2)连接视频采集设备，对装配现场的真实场景的视频信息进行采集；
3)将所采集的视频信息与所述可视化电缆铺设流程信息融合，形成融合的装配引导信息；
4)根据装配工人当前正在执行的步骤，提供下一步骤的引导信息显示；
5)所有步骤完成后系统关闭。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述引导子系统将单输入单输出、多输入多输出的线缆，按照不同的走线路径，采用生长式仿真手段体现在待装配设备上的相应位置，以引导工人布置线缆，实现线缆路径的规划。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于：在指导电缆铺设的过程中具体基于累加式动态模型的方法。
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