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RoboterzellenGutes Team

Roboterzellen

Der Automatisierungs- und Fördersystemhersteller Asa bringt zwei kooperierende Roboter als Team für die Fertigung von Rotorträgern für Hybridantriebe aus der Automobilindustrie auf den Markt. Während ein Roboter das Produkt positioniert, entgratet der andere mit unterschiedlichen Werkzeugen die zahlreichen Bohrungen, Fräsungen und Kanten.

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Augmented Reality in der MontageZeig mir wie die Schrauben drehen

Können Sie einen Schaltschrank montieren? Sicher, Sie beherrschen den Umgang mit Schraubendreher und Crimpzange. Aber um zu wissen, welche Baugruppe wohin gehört und welches Kabel wo lang geht, müssen Sie erst mal stundenlang Arbeitsanweisungen und Schaltpläne studieren, oder? Sie können natürlich auch eine Datenbrille aufsetzen, deren Kamera Schaltschrank und Anschlüsse erkennt und Ihnen in Ihr Gesichtsfeld einspiegelt, wo der Schütz hinkommt und in welche Klemme das grüne Kabel gehört. Science Fiction bekannt aus jeder Hollywood Produktion a la Terminator oder Mission Impossible? Mitnichten, sondern konkrete oder besser gesagt erweiterte Realität, auf Englisch Augmented Reality.

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Montagetechnik (MT): Zeig mir wie die Schrauben drehen

Die Grundidee der Augmented Reality (AR) ist es, eine Arbeitssituation zu erkennen und den Anwender mit zusätzlichen, der Situation entsprechenden Informationen zu versorgen, typischerweise durch Einblenden in eine Datenbrille oder über Kopfhörer. Das mag im ersten Moment etwas gespenstisch nach computergesteuertem Maschinenmensch klingen. Doch das Einblenden von Pfeilen, Hinweistexten, Bildern und Symbolen in das Gesichtsfeld ist im Prinzip nichts anderes wie das Blättern in einem reich bebilderten Handbuch – nur ohne das Blättern. Und doch bringt es mehr als ein paar freie Hände und Zeitersparnis. Dazu ein paar Beispiele.

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Erweiterte Montage

Die Rheinisch Westfälische Technische Hochschule Aachen arbeitet an der AR unterstützten Montage von Getriebe-Kleinserien. Je nach Erfahrungsstand des Werkers blendet das System dabei mehr oder weniger Informationen ein. Bei Airbus dagegen wird Augmented Reality erfolgreich beim Verlegen der sehr komplexen Kabelbäume eingesetzt. Mit beiden Händen arbeitend kann der Monteur über eine Datenbrille mit Sprachsteuerung lange Listen mit Anschlussdaten durchgehen, wobei er über eine Netzanbindung stets auf die aktuellsten Daten zugreift. Einen anderen Weg geht Werkzeugmaschinenhersteller Hüller Hille. Er nutzt die informationstechnischen und multimedialen Möglichkeiten von Augmented Reality zur Montageunterstützung. Das Montagehandbuch für ein horizontales Bearbeitungszentrum stellt die aktuellen Informationen allerdings auf einem herkömmlichen Bildschirm dar.

Natürlich finden sich auch außerhalb der Montage zahlreiche Anwendungen für Augmented Reality. Bei Volkswagen etwa werden Ergebnisse aus realen Crashtests und Simulationsrechnungen über eine Datenbrille miteinander verglichen. Das System blendet dazu beispielsweise das Gittermodell einer Crashsimulation über eine verbeulte Tür und der Entwickler kann Rechnung und Realität fast greifbar miteinander vergleichen. Bei BMW wird die erweiterte Realität zur schrittweisen Diagnose und Reparaturanleitung in den Vertragswerkstätten genutzt und Sondermaschinenhersteller Excello experimentiert mit einer AR-gestützten Schulung, die jedoch auf die Datenbrille verzichtet.

Alle hier erwähnten Beispiele haben einen gemeinsamen Nenner: Arvika, ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördertes, vor kurzem abgeschlossenes Projekt, das sich zum Ziel gesetzt hatte, verschiedene Ansätze der Augmented Reality insbesondere auf Hinblick der industriellen Anwendbarkeit zusammenzuführen und weiter zu entwickeln. Ein aus den oben genannten und weiteren namhaften Unternehmen und Forschungsinstitutionen zusammengesetzter Verbund unter der Konsortialleitung von Siemens ist diesem Ziel einen gewaltigen Schritt näher gekommen. ,,Was zu Projektbeginn noch eine Utopie schien, ist heute greifbar", fasst Wolfgang Wohlgemuth, Projektleiter der Siemens Beteiligung an Arvika, die Ergebnisse zusammen. ,,Arvika hat gezeigt, dass wir den richtigen Weg gegangen sind, aber auch, dass wir weiter gehen müssen."

Reale Probleme

Unter der Leitung der Siemens Arbeitsgruppe entstand eine praxistaugliche webbasierte Softwarearchitektur, sozusagen eine auf die Anforderungen von AR angepasste Sprache. So unsichtbar diese Software im Hintergrund arbeitet, so hoch sind die Anforderungen an sie. Muss sie doch nicht nur Zusatzinformationen zur Einblendung bereit stellen, sondern diese Informationen auch strukturieren und verwalten. Hinzu kommt die Interaktion mit dem Anwender, der, so der Idealfall, über eine Sprachsteuerung dem System mitteilt, welche Menüpunkte er auswählen möchte und welche Punkte er bereits abgearbeitet hat.

Herrscht über die Praxistauglichkeit dieser Softwarearchitektur weitgehend Einverständnis, so sind viele Entwicklungspartner mit den augenfälligsten Komponenten der Augmented Reality noch unzufrieden: der Datenbrille und dem Tracking, mit dem das System seine Einblendungen an der Realität ausrichtet. Für die Brille stehen zwei Prinzipien zur Auswahl: Beim Video See Through trägt der Anwender eine geschlossene Brille und blickt auf ein kleines Monitorbild, dem der Rechner die Zusatzinformationen überlagert. Die aus Virtual Reality Anwendungen bekannten und um ein oder zwei Kameras ergänzten Brillen sind allerdings sehr klobig. Hinzu kommt ein durch die elektronische Verarbeitungszeit bedingter, unangenehmer Verzögerungseffekt, der ähnlich wie bei einem Telefongespräch über Satellit sehr irritierend sein kann. Die Alternative dazu sind See Through Displays. Hier blickt der Anwender durch ein Scheibe, in die ein Rechner Hinweise und Symbole einspiegelt. Im Prinzip vergleichbar mit den Head Up Displays in Luxuskarossen schreibt bei den sogenannten Laserretinal Displays allerdings ein schwacher Laser das Bild direkt auf die Netzhaut um die nötige Helligkeit zu erreichen.

Problematisch bei beiden Systemen ist ihre Unhandlichkeit und die weit abstehenden Displays, besonders störend in engen Umgebungen wie Motorräumen oder Schaltschränken. Auch sind derzeit noch keine Komplettsysteme mit Datenbrille, Kamera und Sprechgarnitur erhältlich. Mit Standardkomponenten aus dem Computerladen lässt sich jedoch eine Low-Cost Variante verwirklichen: Mit Laptop und Webcam ausgerüstet werden wohl schon bald Monteure und Servicetechniker das sehende und kontextsensitive Handbuch der Zukunft nutzen.

Virtuelle Fluchtpunkte

Wobei sehend nur bedingt richtig ist. Denn ein weiterer Knackpunkt bei der Augmented Reality ist das Tracking. Am einfachsten ist es, das Werkstück an vorbestimmten und dem Rechner bekannten Punkten mit Markern zu versehen, an denen sich das System entlang hangelt. Das können zweidimensionale Barcodes sein, aus deren Wert und perspektivischer Verzerrung das AR-System auf die Kopfposition des Anwenders zurück schließt. Auch Ultraschallsender oder Radiofrequenz-Identifikationspunkte (RFID) sind denkbar. Solche Systeme sind natürlich nur in kontrollierten Fertigungsumgebungen einsetzbar, fehlende oder beschädigte Marker führen zu Ausfällen. Der Idealfall ist deshalb das markerlose Tracking. Hierbei ermittelt der Rechner die Position über Referenzbilder. Aber obwohl die industrielle Bildverarbeitung weit vorangeschritten ist, gibt es hier noch viel zu tun. Insbesondere wechselnde Lichtverhältnisse und die perspektivische Verzerrung macht den Forschern zu schaffen.

Einer dieser Forscher ist Christian Knöpfle, stellvertretender Abteilungsleiter für Augmented und Virtual Reality am Institut für graphische Datenverabeitung der Fraunhofer Gesellschaft. Knöpfle sieht bei der Entwicklung der Augmented Reality starke Parallelen zur Virtuellen Realität, die zur Darstellung von räumlichen Modellen in Konstruktion und Anlagenbau, aber vor allem bei den Automobilbauern schon lange gang und gäbe ist: ,,Wir durchleben derzeit ein Déjà-vu. Ähnlich wie mit der Virtuellen Realität, wo Mitte der Neunziger erste konkrete Anwendungen bei den Automobilbauern auftauchten und Sie heute Lösungen aus dem Katalog kaufen können, wird es sich auch mit der Augmented Reality verhalten." Na dann, putzen Sie schon mal Ihre Brille.Matthias Meier

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