Augmented Reality in der Fertigung Effizienzsteigerung durch dynamische Laser- und Videoprojektion

Autor / Redakteur: Peter Keitler / M.A. Frauke Finus

Kürzere Produktlebenszyklen und die gestiegene Variantenvielfalt machen innovative Industrie-4.0-Lösungen zum Must-have in der Produktion. Denn sie erleichtern Werkern viele Tätigkeiten – gerade bei der manuellen Nacharbeit.

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Laser projizieren Schweißnähte präzise direkt auf das Bauteil.
Laser projizieren Schweißnähte präzise direkt auf das Bauteil.
(Bild: Iter Organisation)

Automation ist längst zentraler Bestandteil der Produktion. Dennoch fallen weiterhin manuelle Tätigkeiten an – nicht nur in der Montage, sondern insbesondere auch in der Qualitätssicherung und der Nacharbeit. Aufgrund der vielen Modellreihen und Ausstattungslinien verlangen diese den Mitarbeitern einige Kraftanstrengungen ab. Denn sie müssen aufgrund der zunehmenden Variantenvielfalt oft schnell zwischen verschiedenen Produktlinien und Ausstattungsvariablen wechseln. Für jedes Modell benötigen sie separate Prüf-Schablonen, die dabei helfen Kabel, Bolzen oder Schrauben an der richtigen Stelle zu montieren beziehungsweise deren korrekte Lage sicherzustellen. Allerdings geht beim Umgang mit den Lehren, die hohe Herstellungs- und Umrüstkosten verursachen, schnell der Überblick verloren, wodurch die Fehlerquote steigt. Als Alternativen bieten sich digitale Schablonen und Anzeigeassistenten an.

Wie digitale Projektionen die Arbeit erleichtern

Die dynamische Laser- und Videoprojektion gestaltet die Montage und Qualitätssicherung einfacher, schneller, flexibler und kosteneffizienter. Denn sie ersetzt herkömmliche Schablonen durch digitale Pendants und projiziert diese mit einem Laser- oder Videoprojektor lagegerecht direkt auf das Bauteil. Der Monteur muss so nicht zuerst die passende Schablone aus dem Lager holen und aufwendig positionieren. Die Projektion zeigt ihm, wo er wie welches Bauteil anbringen und ausrichten soll. Zudem führt ihn die Projektion durch einzelne Arbeitsschritte – angesichts der gestiegenen Variantenvielfalt eine enorme Erleichterung. Außerdem werden einzelne Merkmale dadurch leichter identifizierbar. Rüstzeiten verkürzen sich, da Beschickung und Absortierung bei Scheid- oder Fräsmaschinen schneller gehen. Nicht zuletzt erübrigen sich auch die klassischen Laufzettel.

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Derartige Projektionsverfahren bewähren sich in der Praxis weit über die Montage hinaus. So nutzt sie ein Automobilhersteller zur Visualisierung von bauteilindividuellen Qualitätsmerkmalen direkt auf der Karosserie. Dazu kombiniert er die Augmented-Reality (AR)-Technologie mit einer vom Automobilbauer eingesetzten anderen Industrie-4.0-Anwendung, nämlich einem Bilderkennungssystem. Diese KI-gestützte Lösung analysiert die Rohkarossen beziehungsweise die lackierten Fahrzeuge und ermittelt die exakte Position der Stellen zur manuellen Nacharbeit. Im nächsten Schritt erhält das Projektionsprogramm, Werklicht-3D-Software von Extend3d die Daten aus der Bilderkennung, um diese positionsgenau auf dem Objekt zu visualisieren. Die Mitarbeiter sehen dann auf einen Blick, wo sie noch nacharbeiten müssen. Ganz ähnliche Anwendungsfälle gibt es bereits für Schweißverbindungen auf Rohkarossen.

Die Projektionssysteme von Extend3d verfügen neben dem Kernstück, der Software, über einen Laser- oder Videoprojektor mit einer oder zwei Kameras. Die Software ist die zentrale Steuerungseinheit. Sie wertet Kamera- sowie CAD-Daten und/oder Informationen anderer angeschlossener Systeme aus, um den Projektor zu steuern. Damit das System Informationen hochpräzise auf das Werkstück projizieren kann, muss es genau wissen, wo der Projektor in Bezug auf das Bauteil steht. Die Berechnung erfolgt statisch (Referenzierung) oder dynamisch (Tracking). Beim sogenannten Tracking bewegt sich mindestens das Werkstück oder der Projektor und die Projektion richtet sich dynamisch neu aus. Dabei wird zwischen zwei Varianten unterschieden. Während beim markerbasierten Verfahren Marker am Werkstück angebracht werden, funktioniert das markerlose Tracking modellbasiert. Hierbei errechnet die Software auf Basis von CAD-Daten ein Kantenmodell, das sie kontinuierlich mit der Beobachtung im Kamerabild abgleicht. Die Projektion rastet automatisch ein und bietet dem Monteur höhere Flexibilität, da er Werkstück und Projektor stets seinen Erfordernissen entsprechend neu ausrichten kann, um einzelne Bereiche besser zu bearbeiten. Die statische Referenzierung und das dynamische Tracking lassen sich bei Bedarf auch flexibel miteinander kombinieren.

Was eignet sich besser für wen – Laser- oder Videoprojektion?

Ob sich Unternehmen für einen Industrielaser- oder Videoprojektor im AR-Projektionssystem entscheiden sollten, hängt ganz vom Anwendungsfall und den Umgebungsbedingungen ab.

Laser sind ideal für Arbeiten, die höchste Präzision voraussetzen. Sie erreichen eine Genauigkeit von bis zu 0.1 Millimeter pro Meter Arbeitsabstand und weisen zudem einen besonders hohen Kontrast auf, sodass die Projektion auch bei hellen Lichtverhältnissen oder auf dunklen stark reflektierenden Flächen gut zu erkennen ist. Die Projektion von einfarbigen Linien, Konturen oder Fadenkreuzen vereinfacht das exakte Positionieren oder Prüfen von Bolzen, Haltern oder Beschnitten. Laser, deren Gehäuse die Schutzklasse IP54 erfüllen, kommen mit Metallstaub klar und sind daher für Schweißerei-Umgebungen prädestiniert.

Videoprojektoren hingegen sind häufig günstiger als Laser und können viele Informationen gleichzeitig transportieren. Sie visualisieren Farben, Texturen und Flächen nahezu fotorealistisch. Die Videosysteme finden oft bei Designprozessen Anwendung und kommen zudem überall dort zum Einsatz, wo eine Präzision von ein bis zwei Millimetern ausreicht. Das ist oft in der Montage der Fall, gerade weil sich, etwa beim Einbau von Kabelbäumen das Visualisieren weiterer Informationen auszahlt.

Mit geringem Aufwand zu mehr Effizienz

Dank offener Schnittstellen lässt sich die Technologie in wenigen Schritten installieren. Unternehmen können die Projektionssysteme mit der Werklicht-3D-Software in verschiedene Industrie-4.0-Projekte integrieren und intuitiv bedienen. Auch der Schulungsaufwand für Mitarbeiter bleibt so minimal. In der Regel gilt für die Montage: Je größer die Variantenvielfalt und je kürzer die Taktung, desto größer ist auch die Effizienzsteigerung. Kosten sinken und Mitarbeiter sparen sich Zeit, weil sie nicht aufwändig zwischen den verschiedenen Schablonensätzen wechseln müssen. Zudem wird auch die Fehlerquote minimiert, da die Technologie die Einhaltung der Reihenfolge in der Montage unterstützt.

Mehr Effizienz im Presswerk

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