AR在工业领域的应用：印刷电路板的检查和抛光表面的质量评估｜effiar
随着增强现实技术在装配和检查过程中的引入，尖端的工业4.0研究正在发现最佳实践以最大程度地提高质量。
为了符合工业4.0的目标，许多制造商努力简化其流程，从而能够快速生产出始终如一的优质产品。智能制造依赖于人类与领先技术的合作，并且这种合作随着用户体验的改善而蓬勃发展。增强现实（AR）通过可视，音频或触觉信号形式的有用信息，对代表现实情况和数据的用户界面进行了补充。
通过增强现实技术提供的实时信息可以帮助制造商提高质量，效率和安全性。AR带来了自动检查的所有好处-节省时间，提高准确性和无损检测缺陷-同时仍然包括动手的专业知识和判断力。针对每位员工和产品量身定制的分步指导使计划按时运行。视觉，听觉和触觉警报使员工时刻了解周围环境，并及时发出警报以提高安全性。在培训新手，经验不足的员工时，AR在检查和质量控制方面的优势尤为明显，但AR仍然为经验丰富的员工提供了重要的实用工具。
研究产生了三个用例作为概念验证，以将增强现实技术引入到工业4.0中：印刷电路板组装检查，抛光表面的质量评估以及对组装操作的认知支持。
案例1：印刷电路板组装检查
印刷电路板组件（PCBA）几乎用于所有现代电子产品中，并且依赖于微型零件的高精度构造。组件的密度使全自动检测具有挑战性，PCBA制造商通常需要人为的专业知识来保持质量。这项研究包含了无标记自动检查的灵活性，该检查可以指导用户检查PCBA上的特定测量值。
研究团队使用了可穿戴式传感器（特别是光学透视头戴式（OST-HMD）系统）和运动检测来建立参考点并重新定向用户。处理是通过与远程自动光学检查（AOI）站的无线通信进行的。基于3D CAD的叠加箭头向用户实时显示了特定组件的测量结果，并且检测到的缺陷在板上出现时会被突出显示。在状态栏上跟踪当前的进度，并通过特定的听觉提示调出缺少的步骤。这样可以确保在继续检查下一个PCBA之前，所有要求的测量都令人满意。
一些关键特征使这项研究脱颖而出：
操作员可以将各部分与参考图像并排比较，或者他们可以放大复杂区域以检查生产细节。该功能被证明是无价的，因为操作员无需在参考材料和被检查的PCBA之间转移视线。
这项研究的用户一致认为，头戴式显示器比平板电脑或智能手机等手持视频透视设备具有更高的优势。
该系统在无标记检查的成功应用中显示了新颖性-许多类似的系统都需要在地面显示器上使用现有的标记，但是本研究开发的算法是自动定向的。
为了增强鲁棒性，研究人员针对三种不同尺寸和配置的PCBA测试了该设置，并分别支持台式和手持式检查方法。该领域的未来工作将包括无线充电以避免干扰操作员，以及参考图像的其他配置以最大化其效率和实用性。对算法的进一步验证及其在更广泛的PCBA中的适用性将进一步加强这项研究。
用例2：抛光表面的质量评估
几乎所有领域都使用抛光来获得最佳的表面质量和完美的材料厚度。虽然大多数阶段都可以自动完成，但是熟练的操作员最适合在最终抛光步骤中达到最高质量。为了减少总体时间和成本，本研究引入了AR技术，以在制造过程的精加工步骤中快速评估表面质量。
这些研究人员使用机器人扫描了有问题的表面，以收集相关的计量数据。机器人的传感器沿着表面的预定路径移动，并检查深度一致性和纹理不规则性。通过AR设备，这些测量值可以直接投影到地面上，以便操作人员确定相关的下一步。如果表面质量被认为可以接受，则操作员可以继续前进；否则，针对需要改进的特定度量标准提供了建议。
支持该研究团队的用户发现该工具取得了巨大的成功，并对其提供的准确性和效率感到满意。对问题区域和目标相关度量的预测可以简化并加快决策过程。这种高度针对性的方法仅隔离了需要改进的区域，并且避免了已经达到可接受的测量标准的区域的意外干扰。这些因素大大减少了时间，资源，成本和与抛光过程的最终步骤相关的不确定性。
支持性研究可能会进一步调查显示的图形与实时图像的对齐方式，以确保准确性。额外自动化的机会包括由操作员进行现场检查，并由机器人进行实际的抛光工作，以进一步减少抛光时间。
用例3：对装配操作的认知支持
操作员在阅读说明和完成任务之间转换时，越来越承受身心压力，并会受到注意力分散的影响。由于这很可能提高错误率并降低组装时间，因此AR可以帮助操作员仅关注与当前任务有关的信息。这项研究解释了AR与其他教学方法相比的优势，包括减轻了操作员的压力，缩短了培训时间，降低了错误率以及总体上提高了生产效率。
为操作员提供了三项任务，每项任务需要花费四到十二分钟的时间：
基本灯具的组装。操作员在特定位置贴上标签，使用弹簧和螺钉连接特定电线，并在定义的点上涂胶。
铝制零件的质量控制。操作人员使用游标卡尺测量一个小零件的各种尺寸，并分离掉超出规定公差的零件。
支撑轮的组装。首先，操作员安装了轴，定位的车轮，增加了分离器衬套和支撑硬件。这项任务以对组件的检查结束。
虽然前两个用例需要高技能的操作员，但本研究的重点是具有认知或运动障碍的操作员。这项研究使用投影来最大程度地提高用户的舒适度，实现免提操作，减少分心注意的效果，并避免使用标记笔或电池。对于新手操作员来说，AR被证明是压力最小的方法，并且AR减少了所有专业知识水平的错误。这可以提高流水线操作的灵活性，因为可以根据需要将员工快速分配到新任务上，而将中断降到最低。
为了增强本研究的适用性，可能需要进行更多的研究，以探索针对汇编程序专业知识水平的指令的个性化设置。定制的指令可以减少对有经验的操作员的多余解释，或者可以使学习经验和无经验的操作员的不适感最小化。
结论
这三个用例涵盖了从电气设计到运营策略的广泛行业应用。每个研究都使用输入数据和提供的输出提示的独特组合，但是这些勉强触及了未来AR应用程序的表面。尽管存在许多突出的技术挑战，但将AR引入行业的最大障碍将是组织变革。这些用例可作为AR可以为工业4.0带来的巨大技术和质量优势的概念证明，它们可以预览AR所需的操作调整。
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