屈贺威
（中国船舶集团有限公司第七一三研究所 河南郑州 450000）
摘 要：装备制造业的自动化及智能化程度不断提升，原有的生产方式正在进行变革。目前大多数离散型装配制造业的装配工艺还是原来的工艺卡片形式，可读性及操作性不高，严重影响装配质量及装配效率。针对如何提升装配工艺的可读性，本文提出了一种基于Unity3D移动增强现实技术的装配工艺方式，并完成了系统设计及实现。将该系统应用于装配环节，对于提升装配工艺的可读性，具有非常重要的意义。
关键词：Unity3D；移动增强现实；装备制造；装配工艺
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A DOI:10.19727/j.cnki.cbwzysc.2019.02.001
0 引言
装配工艺是由工艺工程师编制，用来指导及规范生产现场操作者进行产品或者部件装配的工艺文件[1]。而随着工厂工业化、信息化以及智能化的不断发展，目前的二维装配工艺已经渐渐不能满足生产需求。
增强现实技术（Augmented Reality，简称AR）作为目前的研究热点之一，其主要的应用领域集中在军事、医疗以及建筑工程等[2]。
本文通过建设基于Unity3D移动增强现实技术的装配工艺系统，将装配工艺以近乎逼真的3D立体效果展示在装配现场，可大大提升工艺内容的可读性、装配效率及质量。
1 AR技术在机械制造领域的相关研究
2017年初，GE旗下意大利弗洛伦萨GE燃气轮机械工厂的工人，就将采用AR技术，在燃气轮机喷嘴制造中叠加虚拟图像，对喷嘴的数十个指标进行精确测量[3]。美国纽约州立大学虚拟现实技术实验室开发的虚拟样机装配验证环境 VPAVE（Virtual Prototype Assembly Validation Environment）建立了一个虚拟的装配环境来对装配过程进行验证[4]。
何福本、梁延德等人在工程训练教学领域使用了虚拟仿真技术[5]，设计开发了一套应用在移动端的AR技术应用APP，并将该APP成功运用在普通车床加工的实训教学环节。阮莹针设计一个基于AR技术的三维交互式虚拟装配系统，该系统解决了传统的虚拟装配系统交互匹配度偏低的问题[6]，通过实验对比，其交互的匹配度提高了13.18%。
2 移动增强现实中的关键技术
2.1三维注册跟踪技术
对增强现实应用技术来讲，三维注册跟踪技术是基础技术。
目前，对移动增强现实技术领域，主要有以下三种研究方向：1）基于计算机视觉的跟踪注册技术；2）基于硬件传感器的跟踪注册技术；3）混合跟踪注册技术[4]。
2.2虚拟融合显示技术
比较简单的增强现实系统仅仅是将虚拟物体叠加到现实物理世界中，并不会真正融入到现实物理世界中。为了解决这个问题，就出现了虚拟融合显示技术。虚拟融合现实技术的出现，可以使信息注册更好的实现，提升增强现实信息的操作效率，促使物体动感操作有效实现[7]。
2.3人机交互技术
人机交互技术具体是指计算机和操作者之间完成信息流通。目前，在增强现实应用程序中，一般有三种人机交互方式：1）命令交互方式；2）空间点交互方式；3）特殊工具的交互方式[7]。
3 系统设计
在系统的设计上，本文采用目前比较常用的Unity3D+Vuforia SDK的方式实现移动增强现实技术的装配工艺，移动端采用Android系统，装配工件的建模和处理采用Creo+3dsMax。
3.1开发环境
Unity3D软件可以构建各种AR和VR互动体验，支持基于安卓、IOS、PC等多种平台发布[8]。
Vuforia SDK是目前使用最广泛的AR平台之一，它通过自然特征的跟踪注册算法可以同时识别和捕捉5个用户自定义的目标。
Creo软件是一款三维CAD系统，具有操作性强、容易学习和开放等特点。在使用Creo软件建模完成之后，需要对建成的模型进行渲染，画面优化等操作，来增加模型的真实感，目前使用较多的的渲染软件有3dsMax、Maya等。本文选用3dsMax软件。
3.2 系统设计
基于以上的技术，本文提出了一种基于Unity3D移动增强现实技术的装配工艺方法。具体的系统设计流程图如图1所示。
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图1 系统设计流程
4 系统实现
离合器在整个汽车的转动系统中是作为一个单独的总成而存在的，起着传递和切断动力传输的作用。本文实例建模以膜片弹簧离合器的装配为例，完成基于Unity3D移动增强现实技术的装配工艺实现。
4.1实例建模
通过Creo三维建模软件对离合器实例建模如图2所示。
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图2 膜片弹簧离合器模型图
膜片弹簧离合器三维模型建立完成完后，先把模型转化为STL 格式然后导入到3dsMax软件中，进行优化处理，主要是提高仿真系统运行的流畅程度和画面质量，同时降低系统的大小和运行时所占用的内存。
4.2 Vuforia工具包制作
Vuforia工具包的制作是在Vuforia官网上制作的，主要步骤包括获取产品密钥、制作目标识别物数据库（目标图片如图2所示），下载相应DataBase。
4.3系统实现
系统实现的具体步骤如下：
1）打开Unity3D软件，新建Project文件，切换发布平台为Android，并启用Vuforia；
2）导入目标识别数据库，并在相应额功能区域粘贴Vuforia产品密钥；
3）导入三维模型，并在Unity3D系统建模页面编制装配工艺；
4）发布APK文件，导入Android设备，并安装；
5）打开已安装完成的APK文件，将设备摄像头对准目标识别图片，就可以完成基于Unity3D移动增强现实技术的装配工艺。
具体展示界面如下图3所示：
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图3移动增强现实技术的装配工艺功能展示
5 结语
本文首先分析了AR技术在装备制造领域的相关研究，然后介绍了涉及移动增强现实中的几种关键技术，并进行了开发环境选择及系统设计，最后完成了基于Unity3D移动增强现实技术的装配工艺系统。该系统的应用可大大提高装配工艺的可读性及装配效率，可为移动现实技术应用于机械装配领域提供借鉴。
参考文献
[1]赵旭，王建涛，潘岩岩等.三维装配工艺在生产中的应用[J].农业工程，2018(4):104-106.
[2]梁磊，李英杰，赵新伟等.基于Unity3D移动增强现实技术的景观智慧旅游导览探讨[J].科技与信息，2020(5):107,163.
[3]AR酱.GE将触角伸向AR,航空等业务领域的供应链融合AR [EB/OL]. https: //www.sohu.com/a /119414577_ 335284.2016-11-19.
[4]马帅.基于Unity3D的机械产品虚拟仿真及增强现实应用技术研究[D].河北:河北科技大学,2017.
[5]何福本,梁延德,张红哲等.增强现实技术在车削加工实训教学中的应用[J].实验技术与管理,2017(3):126-129,150.
[6]阮莹.基于AR技术的三维交互式虚拟装配系统设计[J].现代电子技术,2020(6):149-150，155.
[7]罗永东.基于Unity3D的移动增强现实技术与应用研究[D].青岛：青岛科技大学,2015.
[8]马思群,王开顺,李健等.基于Unity3D的动车转向架虚拟拆装培训系统研究[J].铁路计算机应用,2017(8):33-37.
作者简介：屈贺威（1992-），男，硕士研究生，助理工程师，研究方向为机械制造。