增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修中的應(yīng)用研究,職稱論文

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修中的應(yīng)用研究,職稱論文內(nèi)容摘要：本文根據(jù)當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修工作的現(xiàn)在狀況，對(duì)應(yīng)用的顯示加強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行了介紹，同時(shí)根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在維修經(jīng)過中的詳細(xì)需要，開發(fā)出了一套基于加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修系統(tǒng)。通過進(jìn)行相應(yīng)的分析研究，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修工作的深切進(jìn)入推進(jìn)以及加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用都有重要意義。本文關(guān)鍵詞語：加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù),航空發(fā)動(dòng)機(jī),維修航空發(fā)動(dòng)機(jī)屬于大型的復(fù)雜機(jī)電機(jī)構(gòu)，涵蓋了大量的技術(shù)，其內(nèi)部構(gòu)造特別復(fù)雜，在進(jìn)行拆裝以及維修時(shí)特別的費(fèi)事，對(duì)技術(shù)人員的綜合能力要求極高，并且相關(guān)的費(fèi)用特別高昂?，F(xiàn)前階段在對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行維修時(shí)，采取的都是特別原始的方式方法，即根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的紙質(zhì)版文檔或者電子手冊(cè)進(jìn)行維修，在維修的經(jīng)過中需要不時(shí)的查看相關(guān)的內(nèi)容，因而整個(gè)維修經(jīng)過的效率特別低下，并且比擬容易遭到環(huán)境等相關(guān)因素的干擾，在維修經(jīng)過中易出現(xiàn)裝配錯(cuò)誤。除此之外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修裝配的質(zhì)量完全依靠于技術(shù)人員的維修經(jīng)歷體驗(yàn)與實(shí)際的維修技術(shù)水平，因而不能夠?qū)S修質(zhì)量進(jìn)行良好控制。面對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前的維修現(xiàn)在狀況，需要一套愈加高效智能的裝配維修引導(dǎo)系統(tǒng)，輔助技術(shù)人員能夠以較快的速度完成復(fù)雜耗時(shí)的維修裝配工作，進(jìn)而使整個(gè)維修工作的難度下降，維修效率提升，并確保維修經(jīng)過中不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤過失。加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)附屬于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是當(dāng)下特別熱門的研究話題。加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)以及可視化技術(shù)，能夠產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)中沒有的虛擬物體，借助相關(guān)的傳感信息等技術(shù)能夠把虛擬的影像根據(jù)實(shí)際的需要完成在真實(shí)環(huán)境中的呈現(xiàn)，利用相關(guān)的顯示設(shè)備就能夠?qū)⑻摂M的影像與顯示中的物體進(jìn)行無縫連接。加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能夠?qū)⑻摂M和現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，并且還具備實(shí)時(shí)交互等特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)對(duì)于當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修裝配工作的發(fā)展要求是非常符合的。將加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修工作結(jié)合在一起，以加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字化維修必將是將來航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修的趨勢。1加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)概述發(fā)展到當(dāng)前比擬成熟的加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要由虛擬場景發(fā)生設(shè)備、頭部位置跟蹤設(shè)備以及頭盔顯示器等多種設(shè)備組成，技術(shù)含量非常高。加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)根據(jù)透視方式不同有光學(xué)透視以及視頻透視兩種。第一種采用的頭盔顯示器為光學(xué)透視的，光學(xué)合成器通過利用頭盔放置在使用者的視覺前方。合成器并不是完全黑暗的，因而使用者能夠透過合成器看到現(xiàn)實(shí)的環(huán)境。同時(shí)合成器還能夠進(jìn)行反射部分的影像，使用者借助頭盔上的顯示器能夠看到反射到合成器上的虛擬影像。而視頻透視式加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的頭盔顯示器對(duì)視線進(jìn)行了封閉，通過一到兩個(gè)攝像頭來觀察現(xiàn)實(shí)世界周圍的環(huán)境。場景合成器完成攝像機(jī)拍攝到的視頻與圖形的合成工作，之后將得到的圖像投射到頭盔的顯示器中。在上世紀(jì)六十年代，計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)領(lǐng)域的開拓者在不斷的探索研究中建立了世界上最早的加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)模型。到了九十年代初期，波音公司開場在飛機(jī)制造經(jīng)過中裝配電纜連接和接線器中使用加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。發(fā)現(xiàn)了增項(xiàng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的便捷性之后，有公司開場在汽車制造領(lǐng)域應(yīng)用加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，有的公司則是將加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械和相關(guān)工具的制造經(jīng)過中，還有一部分公司則將加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用帶了服務(wù)業(yè)中，都收到了不錯(cuò)的反應(yīng)。隨著相關(guān)程序語言以及算法等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步成熟，加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不斷完善的同時(shí)，其在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用成本正呈下降的態(tài)勢，進(jìn)而使加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠在醫(yī)療、設(shè)備維修、娛樂以及軍事等多領(lǐng)域得到進(jìn)一步應(yīng)用。2加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)和開發(fā)工具盡管加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)當(dāng)前有很多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)過中還有兩個(gè)問題制約著加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，分別為頭盔顯示技術(shù)與跟蹤定位技術(shù)。2.1頭盔顯示技術(shù)人類假如想要獲得外部環(huán)境的信息，必須借助視覺通道這個(gè)信息接口，而當(dāng)前我們所得到的信息有將近八成都是借助視覺獲得的。因而頭盔的顯示技術(shù)對(duì)加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在實(shí)際中的應(yīng)用有非常大的影響，是當(dāng)前需要首要解決的關(guān)鍵問題之一。當(dāng)下國外的相關(guān)公司所在加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中使用的顯示器重量還不如一個(gè)雞蛋重，能夠?qū)@示屏直接安裝在普通的眼睛上，進(jìn)而到達(dá)交互的能力。2.2跟蹤定位技術(shù)假如想要將虛擬圖像和現(xiàn)實(shí)中的實(shí)物比擬完美的結(jié)合在一起，則需要將虛擬物放置在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中準(zhǔn)確的位置上，這就要求加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的根據(jù)定位系統(tǒng)能夠?qū)κ褂谜咴诃h(huán)境中的詳細(xì)位置進(jìn)行檢測，同時(shí)對(duì)使用者頭部的角度或者運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行觀察，進(jìn)而輔助系統(tǒng)判定現(xiàn)是哪一種虛擬物體，并且根據(jù)使用者的視角進(jìn)行坐標(biāo)系的重建?，F(xiàn)前階段的加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的跟蹤定位技術(shù)主要有下面三種：(1)使用跟蹤器確定使用者頭部實(shí)際所處的位置，當(dāng)前主要使用的跟蹤器有：電磁跟蹤器、慣性跟蹤器、全球定位系統(tǒng)等，進(jìn)而能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)環(huán)境中的位置和方向進(jìn)行探測和跟蹤。(2)基于認(rèn)知的跟蹤定位技術(shù)，國外高校的圖形與用戶接口實(shí)驗(yàn)室研究了一個(gè)加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)通過在打印機(jī)的幾個(gè)比擬重要的部位安裝了幾個(gè)三維跟蹤器，而系統(tǒng)能夠?qū)@些跟蹤器的位置和狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使這些跟蹤器能夠參加相應(yīng)的加強(qiáng)信息。(3)以視覺為基礎(chǔ)的跟蹤定位技術(shù)，當(dāng)前在加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，以計(jì)算機(jī)視覺為基礎(chǔ)的定位技術(shù)是比擬熱門與成熟的定位技術(shù)，這種技術(shù)通過對(duì)不同的視頻圖像進(jìn)行內(nèi)部處理，進(jìn)而愿意獲得所需要的詳細(xì)位置信息，根據(jù)使用者頭部的攝像機(jī)所拍攝的圖像，進(jìn)而能夠判定使用者在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的位置與方向。2.3加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所使用的開發(fā)工具加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)經(jīng)過這幾年的發(fā)展，當(dāng)前有很多加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開發(fā)的工具包發(fā)展的已經(jīng)比擬成熟了，常見的包括ARToolkit、MRPlatform等，華而不實(shí)ARToolkit工具包由日本研究人員開發(fā)，其代碼是開源的，能夠直接獲取，進(jìn)而能夠比擬方便快速的進(jìn)行加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的開發(fā)。當(dāng)前ARToolkit已經(jīng)得到了世界頂尖的人機(jī)界面實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)可，因而其在加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域當(dāng)前是應(yīng)用最為廣泛的開發(fā)包，很多加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用都是使用這個(gè)開發(fā)包或者以這個(gè)開發(fā)包為基礎(chǔ)進(jìn)行改良進(jìn)而完成應(yīng)用的開發(fā)。3以加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)為基礎(chǔ)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修系統(tǒng)在航空維修這個(gè)環(huán)節(jié)中，德國對(duì)arvika項(xiàng)目進(jìn)行了贊助，詳細(xì)應(yīng)用場合是飛機(jī)汽車的裝配維修。而歐洲航空防務(wù)與航天公司通過應(yīng)用arvika系統(tǒng)，使歐洲的某款型號(hào)的飛機(jī)布線速度和裝配質(zhì)量得到了較為明顯的提升，在詳細(xì)的裝配經(jīng)過中，裝配工人能夠利用語音調(diào)用相關(guān)虛擬指示，進(jìn)而能夠比擬容易的根據(jù)詳細(xì)的提示進(jìn)行裝配，相較以前能夠以較快的速度在長板上進(jìn)行高密度的布線任務(wù)。除此之外，歐盟還發(fā)起了一個(gè)新的維修項(xiàng)目，在幫助客戶進(jìn)行組裝維修的同時(shí)對(duì)客戶進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)，當(dāng)前EADA公司已經(jīng)將這個(gè)新的維修項(xiàng)目成功應(yīng)用到了歐洲某款飛機(jī)機(jī)翼組裝的生產(chǎn)線當(dāng)中。參考上述兩個(gè)系統(tǒng)的詳細(xì)構(gòu)造，并考慮航空發(fā)動(dòng)機(jī)在維修和裝配經(jīng)過中的實(shí)際特點(diǎn)，開發(fā)了以加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)為基礎(chǔ)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修系統(tǒng)。3.1系統(tǒng)硬件組成3.1.1遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有波音的PMA文檔，空客的Air等相關(guān)存儲(chǔ)文件，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的詳細(xì)維修流程、相關(guān)語音提示、相關(guān)的視頻信息，除此之外還包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)組件的三維模型，進(jìn)而使航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修技術(shù)人員能夠根據(jù)現(xiàn)場工作的需求隨時(shí)調(diào)用自個(gè)需要的信息。為了使實(shí)時(shí)性的效果到達(dá)最優(yōu)，將速率優(yōu)化到了15～20幀每秒，并且使用高配的DELL圖形工作站。3.1.2頭盔顯示系統(tǒng)頭盔顯示系統(tǒng)能夠確保使用者能夠在安全的前提下沒有障礙的對(duì)航空發(fā)動(dòng)進(jìn)行直接的觀察，并且在頭盔失去電源后仍然能夠觀察到現(xiàn)實(shí)環(huán)境。維修中所使用的頭盔顯示器為n-vison公司的光學(xué)透視式頭盔顯示器DatavisorHiRes。3.1.3跟蹤定位系統(tǒng)Ascension公司開發(fā)的FlockofBird電磁式位置跟蹤設(shè)備能夠?qū)α鶄€(gè)自由度的位置進(jìn)行跟蹤定位。3.1.4人機(jī)交互系統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行裝拆以及維修時(shí)，現(xiàn)場的工作人員的手通常需要操作專業(yè)的作用工具，而相關(guān)的維修流程則通過語音進(jìn)行調(diào)用，進(jìn)而能夠完成良好的信息交互，本系統(tǒng)中的人機(jī)交互系統(tǒng)采用的是Microsoftspeechsdk，并在這里基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。3.1.5數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通過借助相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，使用者和計(jì)算機(jī)之間能夠保持較好的關(guān)聯(lián)性，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ髂軌蛴斜Ｕ希ǔＪ褂镁€纜或者無線進(jìn)行傳輸。3.2軟件系統(tǒng)以MicrosoftVC++6.0為基礎(chǔ)，完成三維環(huán)境定位算法的編寫，進(jìn)而能夠在現(xiàn)實(shí)的環(huán)境當(dāng)中對(duì)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行追蹤。而部分的虛擬模塊程序的編寫，則以國外公司的虛擬場景開發(fā)平臺(tái)為基礎(chǔ)，利用高端虛擬現(xiàn)實(shí)建模工具M(jìn)ultigenCtreatorPro和場景管理實(shí)時(shí)生成軟件MultigenVega軟件完成。3.2.1圖像處理模塊能夠令使用者感遭到的環(huán)境愈加的真實(shí)，將融合場景所看到的兩個(gè)視頻信號(hào)分別傳輸?shù)绞褂谜叩念^盔中，進(jìn)而完成復(fù)合立體圖像比照顯示。3.2.2三維跟蹤定位模塊獲得的圖像中會(huì)有色點(diǎn)以及噪聲問題，需要完成顏色濾波以及邊緣提取工作，之后參照彩色標(biāo)志點(diǎn)結(jié)合基于視覺的跟蹤算法完成系統(tǒng)的三維場景定位。3.2.3虛擬物體描繪模塊虛擬物體描繪模塊導(dǎo)入之前存儲(chǔ)的PMA電子文檔、Air電子文檔、視頻語音文件等，同時(shí)利用三維建模工具完成動(dòng)態(tài)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修裝配三維圖的建立。結(jié)束語加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修裝配中有著特別突出的優(yōu)點(diǎn)，盡管當(dāng)前還存在三維環(huán)境定位不夠準(zhǔn)確、使用成本較高、相關(guān)技術(shù)還不夠成熟等問題，但基于加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的數(shù)字化維修