基于增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查系统技术方案

本发明专利技术公开一种增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查系统，包括极性检查及信息生成模块、结构舱板定位模块、极性信息可视化模块、状态控制模块，极性检查及信息生成模块用于读取存储于外部的航天器总装三维模型并生成相应的部件极性工艺信息集以备其他模块调用；结构舱板定位模块用于计算工作场景中卫星结构舱板相对操作者的位姿参数并将所述参数提供至极性信息可视化模块；极性信息可视化模块用于在航天器结构实体上叠加显示虚拟的极性信息，按所述位置对虚拟对象三维模型和文字信息进行渲染和显示；状态控制模块用于接收用户的操作指令，按既定的逻辑控制极性信息显示。本发明专利技术提高了复杂航天器AIT阶段部件极性信息查询及极性检查的便捷性，减小了极性检查过程需可视化的三维模型大小，提高了系统应用的流畅性。

Polar inspection system of spacecraft AIT phase components based on Augmented Reality

The invention discloses an augmented reality system for checking the polarity of components in the AIT stage of a spacecraft, which includes a module for checking the polarity and generating information, a module for positioning the structural deck, a module for visualizing the polarity information, a module for controlling the state, a module for checking the polarity and generating information for reading the three-dimensional model of the spacecraft assembly stored outside and generating the corresponding polar process information set of components for other purposes Module call; structural hatch positioning module is used to calculate the position and attitude parameters of the satellite structural hatch relative to the operator in the work scene and provide the parameters to the polarity information visualization module; the polarity information visualization module is used to overlay and display the virtual polarity information on the spacecraft structural entity, and render and display the 3D model and text information of the virtual object according to the position; The state control module is used to receive the user's operation instructions and control the polarity information display according to the established logic. The invention improves the convenience of polarity information query and polarity inspection of components in AIT stage of complex spacecraft, reduces the size of 3D model to be visualized in polarity inspection process, and improves the fluency of system application.

【技术实现步骤摘要】
基于增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查系统
本专利技术涉及航天器总装
，具体涉及一种用于航天器AIT阶段部件极性检查的系统。
技术介绍
航天器AIT指航天器系统极性装配、集成与测试，极性指产品特定的安装方向、安装位置、连接关系等。在航天器AIT阶段极性检查分过程检查和最终状态检查，过程检查在AIT各环节实施过程中执行，最终状态检查在AIT各环节实施完毕后执行，部件在测试过程中需反复装配时，每次实施完毕后都进行极性的再确认。航天器AIT阶段部件极性主要包括设备安装极性和热控元件粘贴极性，设备安装极性包括设备的安装位置和方向，热控元件包括热敏电阻、热电偶和加热器，热控元件粘贴极性主要指热控元件的安装位置。由于多数航天器属单件定制化生产模式，不同航天器的构型差异大，操作工况复杂，导致航天器总装严重依赖于手工作业。航天器设备和热控元件种类繁多布局分散，除了代号和位置要求一一对应，AIT极性也要求唯一，为了完成总装，工人必须从数据量庞大的二维图纸或三维模型中寻找装配对象的信息(包括仪器代号及位置方向极性、热控元件代号及位置等)，然后在航天器舱内进行安装及确认工作。在航天器装配现场，目前采用固定式计算机对总装信息进行展示。该类方法的缺点为：三维模型大导致获取极性信息操作复杂，而由于航天器舱体开放性差，检验人员仅凭对所需信息的记忆在舱内执行检查，需要在显示屏和航天器实物之间切换视角，将相关设计信息与真实物理环境进行人工匹配。由于航天器结构具有对称性，人工识别存在低效、易错的问题，显著降低了极性检查的效率。为了提高航天器AIT阶段部件极性检查的效率，本专利技术拟采用增强现实方法，实现部件与真实物理环境的自动匹配，引导检验完成检查工作。在复杂机械装配相关领域，目前已有企业对基于增强现实的装配导引方法进行研究和应用，但不能满足航天器的差异化单件生产需求，无法系统性解决航天器AIT阶段部件极性信息向可视化的增强现实交互式信息的自动转化问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查方法和系统，实现部件极性工艺信息与真实物理环境的自动匹配，引导检验人员完成极性检查操作，提高航天器部件极性检查的效率与质量。本专利技术改善目标体现在以下几点：1.提供虚实融合的航天器部件极性信息展示界面，替代基于图纸或三维模型的信息展示形式；2.规范三维模型极性建模方式，简化极性检查展示界面。在本专利技术一实施方式中，增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查系统，包括极性检查及信息生成模块、结构舱板定位模块、极性信息可视化模块、状态控制模块，其中，极性检查及信息生成模块用于读取存储于外部的航天器总装三维模型，检查三维模型极性建模的规范性，规范性检查通过后，生成相应的部件极性工艺信息集；部件极性工艺信息集供状态控制模块、结构舱板定位模块，以及极性信息可视化模块调用；结构舱板定位模块用于计算工作场景中卫星结构舱板相对操作者的位姿参数，模块工作前，由操作者在卫星结构实体舱板上特定位置粘贴结构标识QR码，特定位置需与结构舱板三维模型上定义位置相同；模块开始工作后，先通过识别结构标识QR码实现卫星舱板虚拟模型和实物的初始对齐，然后所述模块通过SLAM方法，实时确定出卫星结构舱板的位姿参数，并将所述参数提供至极性信息可视化模块；极性信息可视化模块用于在航天器结构实体上叠加显示虚拟的极性信息，其接受状态控制模块提供的指令选择显示的对象，根据所述对象与卫星的相对位姿关系和结构定位模块提供的卫星舱板位姿参数，计算虚拟物体在卫星结构实体中应处的位置，然后按所述位置对虚拟对象三维模型(或脚印模型)和文字信息进行渲染和显示；状态控制模块用于接收用户的操作指令，查询由极性检查及信息生成模块提供的部件极性工艺信息集，按既定的逻辑控制极性信息可视化模块对极性信息进行显示。进一步地，状态控制模块按使用阶段和类型设置，状态控制模块接收操作指令后，按设备、阀件和热控元器件代号或类型查询由极性检查及信息生成模块提供的部件极性工艺信息集，根据预定义的方式控制极性信息可视化模块，对极性信息进行展示。进一步地，可显示的极性信息类型包括模型类和文字信息类，模型类包括(1)设备脚印模型；(2)有极性要求的阀件三维模型；(3)热控元件三维模型；(4)结构舱板三维模型。文字信息类包括(1)R点标识；(2)设备代号；(3)阀件代号；(4)热控元件代号。增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查方法，包括极性检查准备、虚实对齐检测和极性可视化检查三个步骤，具体包括：极性检查准备步骤，从外部获取总装三维模型数据并生成部件极性工艺信息集，在卫星结构舱板上特定位置粘贴结构标识QR码，特定位置需与结构舱板三维模型定义位置相同；虚实对齐检测步骤，读取结构舱板三维模型，通过识别结构标识QR码的位姿信息实现卫星结构虚拟模型和实物的初始对齐，然后通过SLAM方法实时确定出卫星结构舱板的位姿参数，并将位姿参数实时传递以生成舱板结构虚拟模型和实物的融合显示，通过比较舱板边缘误差对虚实对齐效果进行检测；极性可视化检查方法，向检验者确认命令类型后，从部件极性工艺信息集中将需要展示的信息进行发送，以根据舱板实时位姿参数，将虚拟模型和文字信息与卫星实物进行融合展示。本系统的优点及有益效果为：1.消除了检验人员在实际航天器舱体中对种类繁多的部件安装位置和极性信息进行理解和比对的需求，确保现场检查依据传递的正确性；2.模型检查模块通过规范三维模型极性建模方式，确保设计三维模型极性信息的完整性和规范性；3.提高了复杂航天器AIT阶段部件极性信息查询及极性检查的便捷性；4.减小了极性检查过程需可视化的三维模型大小，通过设备脚印二维模型代替设备三维模型展示，提高了系统应用的流畅性。附图说明：图1：本专利技术的增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查系统中系统模块与数据流程图；图2：本专利技术的增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查系统中设备极性检查可视化示例；图3：本专利技术的增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查系统中阀件极性检查可视化示例；图4：本专利技术的增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查系统中热控元件极性检查可视化示例。附图中符号说明图2：图中1为舱板，2为设备，3为设备安装孔，4设备R孔。图3：图中1为舱板，32为阀件，33为阀件方向标识。图4：图中1为舱板，2为设备，43为热敏电阻，44为加热器，45为热电偶。具体实施方式以下参照附图对本专利技术的适应于再入飞行器超高温热试验用加热模块装置进行详细说明，但该描述仅仅示例性的，并不旨在对本专利技术的保护范围进行任何限制。本专利技术的一具体实施方式如下：本实施方案增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查系统安装于一类增强现实装置，该类装置除了集成常规计算机的数据读写、运算、存储、交互功能外，还须具备可以采集用户视场图像的摄像头，以及在用户视场内进行叠加显示的图像显示器。除本专利技术系统及增强现实装置外，实现本实施方案还需要一个待总装的航天器结构、结构标识QR码以及与前述航天器对应的总装设计三维模型；其中，总装设计三维模型包含舱板结构三维模型、设备电缆装配三维模型和热控实施三维模型。本实施方案的系统工作前，由操作者完成下述标记工作：在卫星结构舱板1上特定位置粘贴结构标识QR码，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查系统，包括极性检查及信息生成模块、结构舱板定位模块、极性信息可视化模块、状态控制模块，其中，极性检查及信息生成模块用于读取存储于外部的航天器总装三维模型，检查三维模型极性建模的规范性，规范性检查通过后，生成相应的部件极性工艺信息集；部件极性工艺信息集供状态控制模块、结构舱板定位模块，以及极性信息可视化模块调用；结构舱板定位模块用于计算工作场景中卫星结构舱板相对操作者的位姿参数，模块工作前，由操作者在卫星结构实体舱板上特定位置粘贴结构标识QR码，特定位置需与结构舱板三维模型上定义位置相同；模块开始工作后，先通过识别结构标识QR码实现卫星舱板虚拟模型和实物的初始对齐，然后所述模块通过SLAM方法，实时确定出卫星结构舱板的位姿参数，并将所述参数提供至极性信息可视化模块；极性信息可视化模块用于在航天器结构实体上叠加显示虚拟的极性信息，其接受状态控制模块提供的指令选择显示的对象，根据所述对象与卫星的相对位姿关系和结构定位模块提供的卫星舱板位姿参数，计算虚拟物体在卫星结构实体中应处的位置，然后按所述位置对虚拟对象三维模型或脚印模型和文字信息进行渲染和显示；状态控制模块用于接收用户的操作指令，查询由极性检查及信息生成模块提供的部件极性工艺信息集，按既定的逻辑控制极性信息可视化模块对极性信息进行显示。...

【技术特征摘要】
1.增强现实的航天器AIT阶段部件极性检查系统，包括极性检查及信息生成模块、结构舱板定位模块、极性信息可视化模块、状态控制模块，其中，极性检查及信息生成模块用于读取存储于外部的航天器总装三维模型，检查三维模型极性建模的规范性，规范性检查通过后，生成相应的部件极性工艺信息集；部件极性工艺信息集供状态控制模块、结构舱板定位模块，以及极性信息可视化模块调用；结构舱板定位模块用于计算工作场景中卫星结构舱板相对操作者的位姿参数，模块工作前，由操作者在卫星结构实体舱板上特定位置粘贴结构标识QR码，特定位置需与结构舱板三维模型上定义位置相同；模块开始工作后，先通过识别结构标识QR码实现卫星舱板虚拟模型和实物的初始对齐，然后所述模块通过SLAM方法，实时确定出卫星结构舱板的位姿参数，并将所述参数提供至极性信息可视化模块；极性信息可视化模块用于在航天器结构实体上叠加显示虚拟的极性信息，其接受状态控制模块提供的指令选择显示的对象，根据所述对象与卫星的相对位姿关系和结构定位模块提供的卫星舱板位姿参数，计算虚拟物体在卫星结构实体中应处的位置，然后按所述位置对虚拟对象三维模型或脚印模型和文字信息进行渲染和显示；状态控制模块用于接收用户的操作指令，查询由极性检查及信息生成模块提供的部件极性工艺信息集，按既定的逻辑控制极性信息可视化模块对极性信息进行显示。2.如权利要求1所述的系统，其中，状态控制模块按使用阶段和类型设置，状态控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，孟少华，易旺民，郭涛，刘广通，陈畅宇，陈华俊，杨佳鑫，樊友高，梁寅，章磊，鹿旭东，付英莲，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11