一种基于CAD驱动的增强现实框架，用于操作员辅助的工业装配组件级合规性检查

《Journal of Industrial Information Integration》：A CAD-Driven Augmented Reality Framework for Operator-Supported Component-Level Conformity Checking of Industrial Assemblies

　　

摘要

工业质量检测涵盖了从计量验证和表面缺陷检测到特征检查以及装配一致性评估等一系列任务。其中，装配一致性评估通常仍然依赖操作员解释技术图纸并遵循基于检查表的程序，这可能导致流程缓慢、结果多变且难以追溯。本文描述了一种由CAD驱动的增强现实（AR）工作流程，用于工业装配的组件级一致性检查。CAD/MBD产品数据被转换为检测内容、特定于组件的感兴趣区域（ROIs）以及适用于车间的运行时参考信息。商用AR跟踪器将CAD模型与实际装配体对齐，然后使用自定义的Unity和OpenCV模块 isolates 所选组件，并在同一ROI范围内比较CAD生成的边缘图和实际观察到的边缘图。通过高斯加权距离容忍度评分来处理微小的误差，同时利用方向一致性提示来帮助解释模糊情况。每次检查都会生成包含组件标识、相似性指标、决策状态和可追溯性信息的结构化记录。因此，产品结构、操作员引导的检查过程、视觉证据和质量记录在整个工作流程中保持关联。在质量4.0的概念框架下，该系统为缺失、不一致或不确定的组件级证据提供了检测和证据捕获的功能。评估涵盖了13个工业装配体和927个组件级实例，使用了透明的CAD到图像的基准测试方法、ROI消融技术、极端情况分析以及可控的缺失组件测试。结果显示，CAD驱动的遮罩技术减少了组件外部边缘的污染，而保守的决策状态能够识别出需要重新采集数据或操作员验证的弱化或碎片化的证据。

章节片段

引言

质量检测对工业生产至关重要，因为它决定了产品是否符合规定的要求。该术语涵盖了多种不同的任务，包括尺寸和计量验证、表面缺陷或异常检测、特征检查以及装配一致性评估[[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]]。每种任务依赖不同的证据，并支持不同类型的决策。表面缺陷通常通过专门的视觉检测技术进行处理

AR辅助检测和一致性检查工作流程

工业AR技术在原位可视化和任务支持方面已被广泛研究[11,12]。在制造业中，可以直接在产品上放置上下文信息，从而减少在工件和外部文档之间反复切换的需要[25,26]。这在一致性检查过程中特别有用，因为需要验证多个组件或特征，同时 kh?ng làm m?t track of the inspection sequence 或局部决策背景。

来自实验和审查的证据

提出的工作流程

本节从工业检测任务转向实际实施的工作流程。首先描述了当前流程及其所需满足的要求，然后详细介绍了CAD到AR的架构、运行时顺序以及基于相似性的决策逻辑。

实验验证与讨论

验证工作围绕本文讨论的任务展开：使用CAD参考证据的组件级一致性检查。实验研究了如何在不同采集次数下生成和解释一致的ROI对齐边缘证据；这些实验并不构成表面缺陷检测或计量精度的基准。分析重点关注两个问题：CAD生成的边缘图与实际观察到的边缘图之间的一致性，以及影响这一一致性的主要因素

结论与未来工作

本研究开发了一种由CAD驱动的AR工作流程，用于操作员辅助的工业装配组件级一致性检测。产品结构和投影的CAD遮罩定义了检测目标和ROI；相似性评估帮助操作员解读视觉证据；检测结果会与结构化的组件记录关联在一起。主要贡献在于建立了工程数据、AR引导的执行、视觉评估以及可追溯的质量信息之间的紧密联系。

作者贡献

概念构思：R.D.C. 和 M.P.；数据整理：R.D.C.；资金筹集：M.P.；方法论：R.D.C. 和 F.G.；软件开发：R.D.C.；验证：R.D.C.；监督：M.P.；初稿撰写：R.D.C.；审稿与编辑：F.G. 和 M.P.

CRediT作者贡献声明

Rocco De Ciantis： 初稿撰写、验证、软件开发、方法论设计、数据整理。Fabio Grandi： 初稿撰写、验证、方法论设计。Margherita Peruzzini： 审稿与编辑、方法论制定、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

Rocco De Ciantis|Fabio Grandi|Margherita Peruzzini