25. Jan. 2024

Mit AR-Projektionssystemen zur digitalen Smart Factory

Innovationen in der Automobil-Industrie

Wie lassen sich manuelle Nacharbeiten 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 Hersteller setzen die Technik bereits in der Praxis ein.

Auch wenn die Digitalisierung in der Automobilindustrie weit fortgeschritten ist, gibt es immer noch viele manuelle Tätigkeiten für Werker zu erledigen. Dazu zählen etwa Prozesse im Karosseriebau, in der Lackiererei und in der Endmontage. Komplexere Fügeverfahren wie MAG-Schweißen, Clinchen oder Kleben, die Nacharbeit von Schadmerkmalen im Lack oder die Montage vieler Varianten an einem Band sorgen für erhebliche Komplexität und damit Aufwand. Je mehr manuelle Arbeit anfällt, desto stärker bremst dies automatisierte Prozesse in der Smart Factory der Zukunft aus. Kosten steigen durch aufwändige physische Schablonen, Nacharbeiten gestalten sich komplex und auch die Qualitätssicherung ist für den Werker schwieriger, wenn sich digitale Prozessdaten nicht unmittelbar verwerten lassen beziehungsweise relevante Aktualisierungen an diesen nicht einfach und vollständig umsetzbar sind. Deshalb suchen Automobilhersteller derzeit verstärkt nach Möglichkeiten, solche manuellen Tätigkeiten digital zu unterstützen, sodass sie sich nahtlos in automatisierte Workflows integrieren.

Hier kommt die dynamische Laser- und Videoprojektion ins Spiel. Diese Augmented Reality-Lösung bezieht ihre Daten direkt aus den angeschlossenen Systemen und stellt komplexe 3D-Daten auf dem Werkstück ansprechend, lagerichtig und präzise dar. Die Projektion hilft dem Werker zu erkennen, wo und wie er ein Bauteil anbringen beziehungsweise einen Arbeitsschritt durchführen muss. Darüber hinaus bietet sie zusätzliche Funktionen, die über die reine Visualisierung hinausgehen. Mithilfe von Werkzeugtracking oder interaktivem Bauteiltracking kann jeder Arbeitsschritt vollständig digital dokumentiert werden. Die Daten werden mittels 2D/3D-Bildverarbeitung von manuellen Prozessbausteinen zurück in das digitale Modell übertragen und dort weiterverarbeitet. Auf diese Weise ist es möglich, eine vollständig digitale Prozesskette abzubilden, die auch manuelle Arbeitsschritte beinhaltet.

Herausforderungen in der Prozesskette lösen

Automobilhersteller steigern Effizienz und Qualität, indem sie manuelle Tätigkeiten durch AR-Projektion digital optimieren und nahtlos in die digitale Prozesskette integrieren. Die Mitarbeiter werden durch Augmented Reality nicht nur schneller, sondern machen auch weniger Fehler. Durch diese Entlastung können Automobilhersteller dem Fachkräftemangel und der Personalfluktuation auch besser begegnen.

Beispielsweise kann die Technologie bei Schraubverbindungen an einer Batteriezelle assistieren. Die projizierten Positionen für die Verschraubungen sieht der Werker direkt auf der Batteriezelle und kann so die richtige Reihenfolge der Arbeitsschritte einhalten, was hier äußerst wichtig ist. Der Drehmomentschlüssel wird dabei kontinuierlich getrackt und lokalisiert. Unternehmen können so sicherstellen, dass alle Bearbeitungsschritte zu 100 Prozent ausgeführt wurden. Während der Bearbeitung fließen Daten in beide Richtungen: aus dem Produktionssystem hin zum Werker und wieder zurück in das digitale Produktionsmodell.

Die dynamische Laser- und Videoprojektion in der Praxis

Wie die AR-Projektion Werker in der Praxis unterstützt, zeigen bereits die großen deutschen Traditionsautobauer BMW und Audi eindrücklich.
BMW kombiniert ein KI-gestütztes Bilderkennungssystem mit dynamischer Laserprojektion, um sicherzustellen, dass die Fahrzeuglackierung keine Krater oder Staubeinschlüsse aufweist. Zunächst wird die Lackoberfläche zu diesem Zweck mit Sensoren und Kameras automatisiert analysiert. Die Bilderkennung lokalisiert dabei einzelne Merkmale. Sie übermittelt diese Informationen dann an eine AR-Lösung in der Finish-Kabine. Anschließend zeigt diese dem Werker, an welchen Stellen nachgearbeitet werden muss und erkennt dabei auch automatisch, welches Werkzeug gerade verwendet wird und wie lange es an einer Position verweilt. So kann nicht nur die vollständige Abarbeitung aller Merkmale garantiert werden. Im Pilotbetrieb werden auch bereits Prozessparameter wie der Anpressdruck beim Polieren und Schleifen erfasst. All diese Daten kann der Automobilhersteller in das digitale Modell zurückführen und auswerten.
Audi setzt seit etlichen Jahren auf die dynamische Laserprojektion, um die Effizienz beim Anreißen von Bolzen im Prototypenbau um 75 Prozent zu steigern. Früher war diese Arbeit mittels Ständermessmaschine mühsam und beanspruchte zwei Werker für zwei Tage. Heute markiert ein dynamischer Laserprojektor die Anreißpunkte, während der Unterboden auf einem Drehtisch aufgespannt wird. Die Mitarbeiter können dabei bequem im Stehen arbeiten und müssen nicht mehr messen. Das ganze Verfahren dauert mit dem AR-System für einen Werker nicht mehr als einen Tag.  

Hardware, Software und Schnittstellen

Ein Augmented-Reality-Projektionssystem besteht aus mindestens einem Laser- oder Videoprojektor für den industriellen Einsatz, einer oder mehreren Kameras und einer intelligenten Software, die die gesamte Einheit steuert. Über Schnittstellen können Datenquellen und Steuerungstechnik eingebunden werden. Wichtig ist, dass die AR-Lösung alle gängigen CAD- beziehungsweise 3D-Datenformate unterstützt. In einer weiteren Ausbaustufe können die Projektionsinhalte auf Basis einer individuellen Stückliste aus dem ERP-System und den zugehörigen CAD-Daten automatisch generiert werden. Zudem besteht die Möglichkeit, individuelle Daten über eine generische Austauschschnittstelle für CSV-Daten einzulesen. Um herauszufinden, welche Lösungsvariante die beste für die jeweiligen örtlichen Herausforderungen ist, analysieren Experten das Umfeld.

Fazit: Innovation der Automobilindustrie durch Augmented Reality

AR-Technologien wie die dynamische Laser- und Videoprojektion sind die Zukunft der Automobilindustrie. Sie ermöglichen es, manuelle Tätigkeiten nahtlos in die digitale Prozesskette zu integrieren, Produktionslinien zu flexibilisieren und die steigende Variantenvielfalt effizient zu beherrschen. Dank digitalem Werkzeugtracking oder dynamischem Bauteiltracking können Daten aus der analogen Welt in das digitale Modell übertragen und für weitere Analysen bereitgestellt werden. Auch die Integration in KI-Anwendungen ist möglich. Im Zusammenspiel von KI und Augmented Reality ergeben sich viele neue Möglichkeiten der Prozessoptimierung.

Dr. Peter Keitler
Managing Director

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