Entwicklung von Verfahren und Methoden für den Einsatz der erweiterten Realität (engl. Augmented Reality, AR) in der Montageplanung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Während der Durchführung des Projektes wurden neue Methoden und Verfahren für den Einsatz von Augmented Reality (AR) in der Montageplanung entwickelt. Die Ergebnisse beziehen sich dabei zum einen auf die Layout- und Montagesystemplanung und zum anderen auf die Planung und Programmierung von Montagevorgängen. Durch eine Klassifizierung und Bewertung von AR-Technologien, in Kombination mit einer Analyse bestehender Planungsmethoden, wurde erstmals eine Systematik entwickelt, die für die verschiedenen Gebiete der Montageplanung jeweils optimale Konstellationen der Interaktionsgeräte, Trackingprinzipien und Referenzierungsmethoden liefert. Es wurden neue Methoden für die AR-gestützte Montagesystemplanung entwickelt, die die „reale Beobachtung“ mit interaktiver Simulationstechnologie kombinieren. Die Methodik beinhaltet die Analyse der Planungsaufgabe, die Vorbereitung und Modellierung, die AR-Visualisierung und die Auswertung und Dokumentation. Im Bereich der Montagevorgangsplanung entstanden neue Wege, mittels AR die Bearbeitungsaufgaben von Robotersystemen vorzugeben. Erstmals ist so ein interaktives Verfahren zur Erstellung und Visualisierung von räumlichen Bewegungsabläufen mittels Projektions-AR entstanden. Diese Bewegungsabläufe können anschließend simuliert und auf mögliche Kollisionen geprüft werden. Neben der Auswahl von Beschreibungssprachen und Modellierungsmethoden für AR-Umgebungen wurde ein neuartiges Klassenmodell entwickelt, das alle für den Einsatz von AR in der Montageplanung benötigten Informationen abbildet. Das Datenmodell orientiert sich dabei an bestehenden Modellen zur durchgängigen Montageplanung. Des Weiteren wurden verschiedene Eingabemetaphern und Methoden entworfen, mit welchen sich die augmentierte Szene manipulieren lässt. Dadurch war es erstmals möglich, eine mittels Projektions-AR angezeigte Robotertrajektorie einfach und intuitiv zu manipulieren. Es wurden verschiedene Eingabegeräte evaluiert und neue Ansätze entwickelt. Beispielsweise wurde auf Basis eines Stereokamerasystems und eines Laserpointers ein neuartiges Interaktionsgerät prototypisch umgesetzt. Verschiedene räumliche Sensoren wurden in das Robotersystem integriert. Diese Informationen wurden mit speziell entwickelten Methoden dafür genutzt, Messungen (beispielsweise Abstandsmessungen) zwischen realen und virtuellen Objekten durchzuführen bzw. das digitale Abbild der Roboterumgebung in die Darstellung zu integrieren. Die erarbeiteten Methoden, Vorgehensweisen und Konzepte wurden anhand verschiedener Versuchsaufbauten umgesetzt, evaluiert und demonstriert. Die AR-Technologie hat sich in vielen Teilgebieten als probates Hilfsmittel zur dreidimensionalen Visualisierung etabliert. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes dienen als Grundlage für eine Weiterentwicklung im industriellen Umfeld. Es haben sich weitere angrenzende wissenschaftliche Fragestellungen aufgetan: -Werkerunterstützung am Montagearbeitsplatz: In der manuellen Montage sind Werkerassistenzsysteme bisher in ihren informationstechnischen Konzepten suboptimal gestaltet. Die wissenschaftliche Frage zur situativ optimalen Gestaltung der Werkerführung ist derzeit noch nicht gelöst. -Einrichtung, Programmierung und Konfiguration von Robotersystemen: Die Flexibilität von Robotersystemen spielt vor allem in der Kleinserie eine große Rolle. Neben der in diesem Projekt betrachteten Aufgabendefinition ist die einfache Rekonfiguration ein entscheidender Wettbewerbsfaktor in diesem Segment.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Augmented Reality - Benutzerschnittstelle für Industrieroboter. atp - Automatisierungstechnische Praxis 47 (2005) 11, S. 38-44
Zäh, M. F.; Vogl, W.; Munzert, U.; Spitzweg, M.
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Interaktive Planung von Produktionssystemen mittels Augmented Reality. wt Werkstattstechnik 95 (2005) 9, S. 615-619
Zäh, M. F.; Vogl, W.; Patron, C.
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Digitale Werkzeuge zur Unterstützung der variantenreichen Montage. In: Wolf-Kluthausen, H. (Hrsg.): Jahrbuch Logistik 2006. free beratung GmbH 2006, S. 36-40
Zäh, M. F.; Wiesbeck, M.; Rudolf, H.; Vogl, W.
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Interactive Laser Projection for Programming Industrial Robots. 5th IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR). Santa Barbara / USA 22.-25.10.2006
Zäh, M. F.; Vogl, W.
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Interaktive Laserprojektion zur Programmierung von Industrierobotern. Tagungsband zum 5. Paderborner Workshop Augmented & Virtual Reality in der Produktentstehung. Paderborn 31.05-01.06.2006, S. 241-254
Zäh, M. F.; Vogl, W.; Patron, C.
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Virtuelle Umgebungen - Anwendungsbereiche in der Industrie. In: Handbuch der Ergonomie. Koblenz: Bundesamt für Wehrtechnik und Beschaffung 2006
Zäh, M. F.; Spitzweg, M.; Petzold, B.; Vogl, W.
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Vorgezeichneter Weg. Bänder Bleche Rohre 47 (2006) 7/8, S. 58-59
Zäh, M. F.; Vogl, W.; Patron, C.
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Eine interaktive räumliche Benutzerschnittstelle für die Programmierung von Industrierobotern. Diss. Technische Universität München (2008) München: Utz 2008 (Forschungsberichte iwb Nr. 228)
Vogl, W.
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An Approach to Intuitive Welding-Task Definition for Robot Programming. 3rd International Conference on Changeable Agile and Virtual Production (CARV 2009), München, 05.-07.10.2009
Reinhart, G.; Krug, S.
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Effiziente Programmierung von Schweißrobotern für die Einzel- und Kleinserienfertigung. VDI-Z – Integrierte Produktion 151 (2009) 1/2, S. 51-53
Reinhart, G.; Krug, S.; Hatwig, J.
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Systematic Development of safe high performance laser applications. Proceedings of the Fifth International WLT-Conference on Lasers in Manufacturing, LIM. München 18.-22.06.2009, S. 305-311
Zäh, M. F.; Braunreuther, S.; Krug, S.
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Virtuelle Prüflehre – Zeitsparender Abgleich von CAD-Daten und real gefertigten Bauteilen. KEM – Innovationsvorsprung für Konstrukteure 45 (2009) 3, S. 68-69
Reinhart, G.; Krug, S.; Lacour, F.-F.; Lau, C.
