Assistenz Wie von Zauberhand durch die Montage geführt

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Fraunhofer Institut für Graphischen Datenverarbeitung

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ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

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Industrielle Montagelinien stellen für die Werker häufig eine Herausforderung in der Produktion dar. Fraunhofer IGD will sie mit einer Kombination aus Augmented Reality und Künstlicher Intelligenz unterstützen.

Die Augmented-Reality-Brille auf dem Kopf und so die Reihenfolge und Ausrichtung der Bauteile direkt vor Augen: Das ist keine Zukunftsvision, sondern vereinfacht bereits heute Produktionsprozesse. Der AR-gestützte Montagearbeitsplatz des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD macht Anleitungen auf Papier überflüssig. Stattdessen nehmen vier Kameras das Arbeitsfeld auf und führen Werkerinnen und Werker via mobiler AR-Ausgabeeinheit – also beispielsweise per Tablet oder AR-Brille – durch die einzelnen Schritte.

Jeder Handgriff sitzt

Die Person greift das falsche Bauteil? Eine visuelle Fehlermeldung inklusive Einblendung des korrekten Elements erscheint unmittelbar in ihrem Sichtfeld. Das Bauteil ist passend, wird aber falsch positioniert? Auch in diesem Fall erfolgt ein Feedback. Ebenso, wenn die Komponente einen Mangel wie ein fehlendes Bohrloch aufweist. „Die Software vermeidet, dass Fehler im Montageprozess entstehen und gegebenenfalls sogar die Herstellung mit diesem Mangel fortgesetzt wird“, erklärt Andreas Franek, stellvertretender Leiter der Abteilung Virtuelle und Erweiterte Realität. „Denn werden Unstimmigkeiten erst später entdeckt, zieht dies einen erhöhten Aufwand und kostenintensive Stillstandszeiten nach sich.“

Kernanwendung des Industrial Metaverse

Gefragt ist diese Unterstützung beispielsweise im Automotive-Bereich, aber auch im Anlagen- und Werkzeugbau sowie in der Qualitätssicherung. Auch der Herstellungsprozess von Akkus und individuell aufgebauten Schaltschränken sind mögliche Anwendungsfelder. Insbesondere für komplexe Produktaufbauten bietet die Software noch einen weiteren Vorteil: Treten Fragen oder Probleme auf, lässt sich ohne Verzögerung ein Experte oder eine Expertin von außen hinzuziehen, welche die Person an der Montagelinie unterstützt. Sie kann in direkter virtueller Präsenz erklären und Anmerkungen im Sichtfeld – und somit am Objekt – machen. Durch die Nutzung der immersiven AR-Technologien erscheint der Experte oder die Expertin direkt in der Umgebung, im Erfahrungsraum des Nutzers, wodurch eine natürliche Kommunikation und Interaktion gewährleistet ist – so als wären beide Gesprächsteilnehmer physisch präsent. Diese Form der Telepräsenz ist eine Kernanwendung des „Industrial Metaverse“.

In der Entwicklung der Technologie kombinierten Franek und sein Team Augmented Reality mit Methoden des maschinellen Lernens. „Die KI wird mit computergenerierten Bildern auf Basis der CAD-Modelle angelernt – sie benötigt keine realen Fotos. Das reduziert die jeweilige Vorlaufzeit“, erklärt der Wissenschaftler. Zusätzlich entfalle der weitere Arbeitsschritt von den CAD-Modellen hin zu den gestalteten und ausgedruckten Arbeitsanweisungen, die bislang noch vielerorts die Reihenfolge des Zusammenbaus vorgeben.

Moderne Technologien eng verknüpft

Der AR-gestützte Montagearbeitsplatz ist ein System für einen nutzergeführten Zusammenbau komplexer Produktkonfigurationen, welche Technologien der Augmented Reality und des maschinellen Lernens eng miteinander verknüpft. Dabei kann ein Werker entlang der CAD-Spezifikation einer digitalen Produktkonfiguration durch den realen Prozess des Zusammenbaus geführt werden. Neben einer Überlagerung der Konturen eines CAD-Modells erkennt das System auch die richtige Reihenfolge des Zusammenbaus und gibt dem Werker eine direkte visuelle Rückmeldung über die Korrektheit des Zusammenbauschrittes sowie der richtigen Position und Orientierung eines Bauteils im Produktaufbau. Somit wird nicht nur der Assemblierungsprozess unterstützt, sondern auch zugleich eine Verifikation gegenüber der CAD-Spezifikation ermöglicht.

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Expertise aus der Ferne

Zusätzlich kann der Werker durch einen aus der Ferne zugeschaltenen Experten unterstützt werden, der ihm direkt in einer 1-zu-1-Präsenz vor Ort unterstützt. Über neuartige volumetrische Rekonstruktionsverfahren kann die jeweilige vor-Ort Situation aufgenommen und dem remote Experten überspielt werden. Umgekehrt kann ein Experte seine Handlungsuntersützungen in direkter virtueller Präsenz dem Werker erklären und ihm entweder über direkte Handlungsanweisungen oder virtuelle Annotationen am Objekt geben. Das System ist skalierbar und kann den Werker sowohl über mobile als auch kopfgebundene XR-Ausgabeeinheiten (eXtended Reality) unterstützen. (jv)

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