Visuelle Assistenz

Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF

Assistenz und Qualitätsprüfung für manuelle Fertigungsprozesse

Motivation

Moderne Produktionssysteme für die Fertigung von Massengütern sind durch einen hohen Automatisierungsgrad der Prozesse und Fertigungsabläufe geprägt.
Bei der Fertigung von Kleinserien bis hin zu Protoptypen ist die menschliche Arbeitskraft mit ihren kognitiven Fähigkeiten zur Problemlösung sowie ihrer Flexibilität und Anpassungsfähigkeit automatisierten Systemen überlegen. Insbesondere bei komplexen und variantenreichen Arbeitsabläufen können hierfür Assistenzsysteme, welche dem Werker situationsangepasst mit Arbeitsanweisungen und Hilfestellungen unterstützen, einen wichtigen Betrag leisten. In Kombination mit einer optischen Qualitätsprüfung entstehen durchgängige Prozessketten mit gesicherter Qualität und Zuverlässigkeit. Eine verbesserte Wertschöpfung durch Vermeidung von Fehlern und daraus entstehenden Aufwendungen wir damit möglich.

Einsatzkriterien visueller Assistenzsysteme 

  • manuell ausgeführte Tätigkeiten
  • Komplexität und Variantenvielfalt der Arbeitsabläufe
  • Dokumentationspflicht der Produktqualität
  • Fertigung sicherheitsrelevanter Bauteile

Typische Anwendungsfelder 

  • manuelle Montage
  • Wartung und Instandhaltung
  • Kommissionierung
  • Konfektionierung
  • Ausrichtung, Justage

Unsere Technologie

Funktion der Assistenz
Der Ansatz zur Generierung einer Assistenzfunktionalität basiert auf einer Technik zur Erweiterung der Realität (Augmented Reality). Dabei erfolgt eine Unterstützung manuell ausgeführter Abläufe durch eine Bereitstellung von Handlungsanweisungen und Informationen in Form einer Visualisierung der realen Arbeitsszene ergänzt bzw. überlagert durch grafische und textliche Zusatzinhalte.

Dazu wird der Arbeitsbereich mit einer Videokamera beobachtet und im einfachsten Fall im Sichtbereich des Werkers per Monitor visualisiert. Die Kamera kann fest angeordnet oder die Szene aus variabler Perspektive aufnehmen. Im Hintergrund stehen dem System CAD-Modelle, z.B. für eine Baugruppe, welche an einem manuellen Arbeitsplatz zu montieren ist, zur Verfügung. Mit Hilfe geeigneter Methoden zur Referenzierung kann die Sichtperspektive der Kamera auf die Arbeitsszene aus den Kamerabildern abgeleitet werden. Wird diese Orientierungsinformation dazu genutzt das CAD-Modell auszurichten, entsteht eine identische, jedoch synthetisch generierte, Ansicht der Szene.

Durch eine Überlagerung des realen Kamerabilds mit einzelnen Teilen der synthetisch erzeugten Szene können visuelle Handlungsanleitungen erzeugt und somit eine intuitive Unterstützung und Hilfe gegeben werden.

Für eine manuelle Montagetätigkeit kann beispielsweise das nachfolgend zu montierende Bauteil mit korrekter Position und Orientierung sowie Bauteilnummer dargestellt werden. Die einzelnen Schritte sind dazu vorab mit einer festen oder adaptiven Ablaufreihenfolge zu hinterlegen.

Funktion der Qualitätsprüfung
Werden die Kamerabilder dazu genutzt, den Arbeitsfortschritt zu bewerten, wird zusätzlich eine einfache objektive Qualitätsprüfung des manuell ausgeführten Arbeitsschritts möglich.

Durch klassische Bildverarbeitungsmethoden kann durch Vergleich mit den CAD-Daten eine Ergebnisbewertung vorgenommen werden. Durch eine Erweiterung des Aufbaus, z.B. um weitere Kameras oder eine strukturierte Beleuchtung können 3D-Daten der Szene generiert werden. Somit ergibt sich ein erweitere Möglichkeit der Qualitätsprüfung.

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