光导系统LGS基本架构及应用

李卓

摘要：光导系统是工业自动化与人员操作相结合的高级应用，是一种由外国引进的在工业生产中应用的新型AR系统设备，本文对其架构和实际使用进行阐述，阐述其工作原理和在应用中存在的问题及解决方法，希望可为相关行业工程技术工作者在实际应用中提供参考。

关键词：变频器；可制造性；工艺；装配

LGS是Light Guide System的缩写，直译为光导系统。这是一种从国外引进的AR（增强现实）系统。应用在工业生产中可以更好辅助指导生产过程和检查，提高可视化和生产效率。是工业自动化与人员操作相结合的高级应用。LGS虽然有投影功能，但它不是会议室里面的简单投影仪。它可以通过IO设备接口，让人员和工作内容互动。例如系统可以通过位置感应设备，让操作者通过肢体动作将信息属于系统，从而出发接下来的步骤，而系统可以通过输出设备给出声音、闪光和驱动执行设备。

图1.LGS基本数据结构

1.系统架构构成

主要结构包括Windows操作系统和LGS软件程序，硬件包括主机，监控器，数字投影仪器和可以任意扩展的输入输出设备，包括射线测距仪、工业相机、鼠标脚踏板、扫码枪RFID和扩展PLC等等。其中投影设备比较关键，需要用工业专用的加强型投影，其光照度，防尘散热和寿命等参数都要大大增强。

2.应用范围

光导系统LGS目前主要在汽车和飞机装配中得到一定应用，在机械装配、质量检查、物流及培训指导方面取得很好的应用效果。

装配：汽车内顶零件布局、螺丝螺栓顺序打扭矩、喷涂位置指示引导。

检查：车辆焊接逐台检查、结合视觉系统认定喷涂缺陷。

物流：光影指示工作推车上的取放位置、结合扫码枪和视觉相机做货品防错、错仓取放声光响应。

培训指导：复杂装配过程自适应训练、员工培训指引、一站式装配指导。

3.光导系统LGS实际生产中的应用

在实际的应用中，通过分析识别，将LGS放在匹配的生产线进行应用。

3.1应用场合识别评估

可以作为应用项目风险评估来料处理，找到LGS适合的应用过程很重要，要考虑到工作的实际内容，包括应用面积大小、操作内容和器件精细程度、工作人员动作位置和幅度、所在位置光线等等。首先我们尽量选取平面操作的工作过程，这样对于光线投射的控制处理更加容易一些，不会有虚像。对于投影的效果，在硬件调试的时候需要调整焦距。如果是有两个以上工作平面同时工作，更建议使用多个投影设备同时工作，这就是相对复杂一些的应用场合会涉及到工作平面切换和投影配合。一个平面的大小可以小到桌面工作台一张纸的大小，也可以是产线工位上几平方米的工作台或者器件平面面积。操作的内容和精细程度要可以被LGS打出识别度，形状颜色相近排列密集的情况不太适合。人员在工作中是活动的，要注意它的动作会否对投射产生遮挡影响。所在环境不易有过亮的其它光源，这会影响投影效果。在评估后，我们选择了平台工作工位，投射面积约2*1.5米，距离地面70cm。

3.2系统硬件安装

应用位置选定后，先开始硬件安装，包括设备就位和固定，设备间的供电和通讯连接。投影设备需要放置在距离地面5米位置，由钢构固定，焊接牢固焊缝无瑕疵，要求有斜拉管加固。主机监控器就近放置，后续程序调试时需要兼顾工位投影位置调整，所以不要放的太远，调试人员可以一边看投影效果一边调整。输入输出设备包括一个脚踏板、一个架设在上方的测距仪用来感应人员动作作为输入。这些硬件设备要求接线牢固保证信号通畅。

3.3 LGS软件程序调试

软件调试其实就是把工作过程需要的元素和互相配合的状态放进一个工作程序的过程。元素可以包括平面的图形文字和光影闪烁、Z轴高度方向上的距离感应、声音I/O。首先建立一个对应工作工位过程的程序并命名，打开后可以看到里面已经带有一些预置的程序块。程序按照STEP步骤编辑，首先可以是工作台平面和工件的定位，调取光标图形投影在工作平面上，就可以定位工件，这样是为了每次操作光信息位置正确，相关的物料车和工具也排放到位。接下来的操作步骤，可以包含图片，图标，引入视频播放等等，系统自带了一些，也可以引用外部文件。图形和光标的形状大小和颜色以及闪烁都可以编辑，放置位置可以实现微调。添加文字投射在工作平台或者工件上面可以更好地进行说明物料号、CTQ、公差等关键内容。同一个步骤里面可以放置多种元素，这些元素在进入该步骤时就会同时展示出来，当然可以定义一些延时或者条件。根据实际需求来编辑。每个步骤的停留时间可以自定义，比如设定具体时长自动切换下一步骤，也可以定义为人员输入手势或者脚踏信号切换下一步。如在操作平台上通过光投影创造一个OK输入按钮，在这个位置用距离检测仪来感知设定距离内有肢体存在从而给出从0到1的信号，以完成OK键的触发。这样相结合的方式可以控制工作节拍时长保证产线工作按时完成。所有的程序设计都是在离线状态下编辑的，编辑完成后切换运行来检查实际效果。调试过程可以顺序切换步骤、后退或者随时退出。进一步更深入复杂的程序可以引入变量和XML程序。

图2程序编辑环境

图3引用系统自带元素

4.总结

光导系统LGS通过扫码枪扫码或者手动点击开始，开始自动执行不同的程序，将安装板定位，提示当前工作名称以确保调用了正确程序。接着就开始逐步完成装配过程。程序从头到尾运行一遍的同时，该工作也完成一次，这样就保证了工作内容完整，可看做一份生动立体的工作指导书。系统可实现24小时待机随时启动使用。在后续的应用中，可以不断完善程序步骤和硬件位置微调。

参考文献：

[1] IEC60439-1．1999.低压开关控制柜装配[S].
作者简介：李卓，1985年12月男，汉族，大学本科，中级工程师，从事机电自动化产品技术工作