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Augmented Reality AR-Projektion: Der Weg zur bidirektionalen Datenbrücke

Ein Gastbeitrag von Dr. Peter Keitler 4 min Lesedauer

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Wie lassen sich manuelle Arbeiten optimieren und nahtlos in automatisierte Workflows integrieren? Augmented Reality mit dynamischer Laser- und Videoprojektion bietet eine effiziente Lösung und ermöglicht eine 100 Prozent digitale Prozesskette. Viele Automobilhersteller setzen AR-Projektion bereits in der Praxis ein.

Bei steigender Variantenvielfalt nimmt das Fehlerpotenzial bei der Kabelbaummontage zu.(Bild: Extend3D)
Bei steigender Variantenvielfalt nimmt das Fehlerpotenzial bei der Kabelbaummontage zu.
(Bild: Extend3D)

Die Konkurrenz auf dem deutschen Automobilmarkt nimmt zu. Vor allem Hersteller aus China drängen auf den hiesigen Markt. Damit sich deutsche Autobauer von der Konkurrenz abheben, braucht es innovative Technologien in der Fertigung sowie digitalisierte Prozesse.

Variantenvielfalt und Konfigurationsmöglichkeiten erhöhen sich stetig. Neben der Antriebstechnik haben Kunden etwa die Möglichkeit, zwischen diversen Ausstattungsmerkmalen zu wählen, wie zum Beispiel dem Dachdesign, verschiedenen Hilfssystemen und der Innenausstattung. Gleichzeitig verringern sich die Lebenszyklen der Produkte. Hersteller nutzen zunehmend modulare Plattformen, um verschiedene Fahrzeugmodelle zu bauen. Erschwerend kommt hinzu, dass auch die Automobilindustrie unter dem Fachkräftemangel leidet. Die Lösung, um die Herausforderungen zu bewältigen: Digitalisierung und hochadaptive Produktionsprozesse.

Die vollständig digitalisierte Prozesskette

Deutsche Automobilhersteller suchen derzeit verstärkt nach Möglichkeiten, Daten im Rahmen manueller Montageprozesse aus der analogen Welt zurück in das digitale Modell fließen zu lassen. Denn das ermöglicht es, Prozesse nahtlos und automatisiert zu digitalisieren.

Der Zusammenbau einer Batterie ist komplex und erfordert viel manuelle Arbeit.(Bild: Adobe Stock / xiaoliangge)
Der Zusammenbau einer Batterie ist komplex und erfordert viel manuelle Arbeit.
(Bild: Adobe Stock / xiaoliangge)

Die dynamische Laser- und Videoprojektion bietet genau diese Funktion. Sie bezieht ihre Daten direkt aus den verbundenen Systemen und stellt komplexe 3D-Daten auf dem Werkstück dar. Die Projektion hilft den Werkern dynamisch zu erkennen, wo und wie sie ein Bauteil anbringen müssen. Zusätzliche Funktionen gehen über die bloße Visualisierung hinaus. Diese ermöglichen, jede einzelne Arbeitsphase – sofern mittels 2D/3D-Bildverarbeitung erkennbar – vollständig digital zu dokumentieren. Zu diesem Zweck werden Werkzeugtracking oder interaktive Bauteilerkennung eingesetzt. Die Lösungen übertragen dabei die Daten durch eine 2D/3D-Bildverarbeitung aus dem manuellen Prozessbaustein zurück ins digitale Modell und verarbeiten diese dort weiter. So ist es möglich, eine vollständig digitale Prozesskette abzubilden, die auch die manuellen Arbeitsschritte beinhaltet.

Die AR-Anwendung schafft den bidirektionalen Brückenschlag – vom digitalen Model zur analogen Welt und wieder zurück. Dadurch wird ein vollständiges, präzises virtuelles Modell des gesamten Produktionsprozesses erstellt. Autohersteller sind mit diesem Modell in der Lage, die manuellen Prozessdaten mit anderen Produktions- und Umgebungsdaten zu korrelieren und zu analysieren oder auch Simulationen im digitalen Zwilling durchzuführen. So ist es möglich, Ursachen für Fehler zu identifizieren, die normalerweise nicht erkannt werden würden, da die Probleme nur in bestimmten Kombinationen auftreten. Hersteller können mit der 100 Prozent digitalisierten Prozesskette alle Arbeitsschritte zurückverfolgen, Verbesserungsmöglichkeiten erkennen und entsprechende Maßnahmen ergreifen.

AR-Projektion: Implementierung von AR in den Herstellungsprozess

Ein Projektionssystem besteht aus mindestens einem industrietauglichen Laser- oder Videoprojektor, einer oder mehreren Kameras und der intelligenten Steuerungssoftware. Datenquellen und Leittechnik werden über Schnittstellen integriert. Die AR-Lösung sollte dabei alle gängigen CAD-Formate unterstützen. In der höheren Entwicklungsphase können die Projektionsinhalte gar on-the-fly auf der Grundlage einer individuellen Stückliste aus dem ERP-System und den damit verbundenen CAD-Daten erstellt werden. Zudem ist es möglich, individuelle Daten über eine Austauschschnittstelle für CSV-Daten einzulesen.

Mit der dynamischen Laser- und Videoprojektion gelingt es, Fertigungsprozesse effizienter zu gestalten, gleichgültig, ob diese kurze oder längere Taktzeiten haben. Mobile Lösungen werden etwa bei längerer Taktung auf Stativen eingesetzt. Bei kürzerer Taktung sind die Systeme typischerweise fest installiert und ermöglichen eine präzise Interaktion mit beweglichen Bauteilen. Um festzustellen, welche Lösungsvariante die richtige für das Unternehmen ist, untersuchen Experten im Voraus die lokale Umgebung und die spezifischen Anforderungen.

Dynamische Laser- und Videoprojektion

Der Nutzen für Unternehmen in der Praxis lässt sich am besten an einigen Beispielen veranschaulichen.

  • Montage eines Kabelbaums am Dachhimmel. Ein Werker muss einen vorkonfektionierten Kabelbaum am Dachhimmel befestigen. Die genaue Position hängt von der Dachausführung und dem Fahrzeugmodell ab. Da der Monteur innerhalb kurzer Zeit zahlreiche Varianten von Dachhimmeln bearbeitet, ist es wichtig, dass er weiß, welches Modell er momentan vor sich hat. Die dynamische Videoprojektion hilft ihm dabei, dies zu erfassen und entsprechende Montagestellen auf dem Werkstück zu visualisieren. Dadurch kann der Werker den Kabelbaum sofort richtig montieren.

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  • Workflow-Awareness bei der Verschraubung einer Batteriezelle. Bei der Montage einer Batteriezelle ist die richtige Reihenfolge der Arbeitsschritte genauso wichtig, wie die vorgegebenen Drehmomente einzuhalten. Das Werkzeugtracking-System verfolgt die Bewegung des Werkzeugs und ein Laserprojektor zeigt die exakte Position der Verschraubung an. Die Projektion verschwindet oder verändert sich, wenn der Werker die Aufgabe korrekt ausgeführt hat. Jeder Arbeitsschritt wird digital dokumentiert, und der Monteur wird intuitiv durch den Workflow geführt.

  • Bolzen anreißen mit der dynamischen Laserprojektion. Seit einigen Jahren nutzt Audi die dynamische Laserprojektion und konnte so die Effizienz beim Anreißen von Bolzen im Prototypenbau um 75 Prozent erhöhen. Vor der Implementierung der neuen Technologie war diese Arbeit aufwändig und beschäftigte zwei Arbeiter für zwei Tage. An einer stationären Ständermessmaschine mussten diese jeden Punkt einstellen und markieren. Häufig arbeiteten sie in gebückter, unergonomischer Haltung, um Bolzen auf der Fahrzeugunterseite anzureißen. Ein dynamischer Laserprojektor markiert heute die Anreißpunkte, während der Unterbau auf einem Drehgrill aufgespannt wird. Die Mitarbeiter können bequem im Stehen arbeiten und müssen nichts mehr ausmessen. Nun gelingt der aufwändige Prozess innerhalb nur eines Tages.

KI und AR-Projektion – die Zukunft der Automobilindustrie

Das Potenzial für die Automobilindustrie ist lange nicht ausgeschöpft. Innovationen wie die dynamische Laser- und Videoprojektion ermöglichen es, manuelle Arbeiten nahtlos in die digitale Prozesskette zu integrieren, Produktionslinien zu flexibilisieren und die wachsende Variantenvielfalt effektiv zu meistern. Dank digitalem Werkzeugtracking oder dynamischer Bauteilerkennung können Daten aus der analogen Welt ins digitale Modell übertragen werden und stehen so für zukünftige Analysen bereit. Zudem gewinnen Unternehmen die Möglichkeit, Daten auch in KI-Anwendungen zu nutzen.

Die Kombination aus KI- und AR-Technologie wie AR-Projektion eröffnet dabei vollkommen neue, spannende Wege, Prozesse weiter zu optimieren.

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