DE102016106010A1

DE102016106010A1 - Verfahren zur Unterstützung der Montage eines Bauteils und Montageunterstützungssystem hierzu

Info

Publication number: DE102016106010A1
Application number: DE102016106010.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kolbe; Olaf Steffen
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-04-02
Also published as: DE102016106010B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Montageunterstützungssystem (1) zur Unterstützung der Montage eines Bauteils (14) aus mehreren Bauelementen, wobei mit Hilfe einer holographischen Projektionsbrille (2) eine künstliche, holographische Abbildung (9) als Sollzustand eines zu montierenden Bauelementes (14) in das Blickfeld eines Trägers der Projektionsbrille (2) projiziert werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung der Montage eines Bauteils aus mehreren Bauelementen sowie ein Montageunterstützungssystem zur Unterstützung der Montage eines Bauteils aus mehreren Bauelementen.
In der Produktion bzw. der industriellen Fertigung wird als Montage der planmäßige Zusammenbau von Bauelementen, Baugruppen und/oder Halbzeugen zu Erzeugnissen (Produkten), Bauteilen sowie Baugruppen höherer Erzeugnisebene verstanden. Der bei der Montage eine wesentliche Rolle spielende Teilprozess ist dabei das sogenannte Fügen, bei dem die einzelnen Bauelemente, Baugruppen und/oder Halbzeuge zusammengesetzt und miteinander verbunden werden, um das Erzeugnis, Bauteil und/oder die Baugruppe höherer Erzeugnisebene zu erhalten.
In der Faserverbundfertigung, bei der Bauteile oder Baugruppen höherer Erzeugnisebene in der Regel aus einzelnen Bauelementen und/oder Faserhalbzeugen zusammengesetzt, d.h. montiert, werden, wird auch heute noch in vielen Unternehmen aufgrund ihrer Größe oder ihres Geschäftsfeldes insbesondere der Montageteilprozess des Fügens händisch durchgeführt, und nicht maschinell. Im Gegensatz zu wiederholgenauen automatischen Faserablageprozessen, wie sie bspw. in der DE 10 2010 015 027 und EP 2 505 343 und wie sie durch große Industrieunternehmen Anwendung finden, ist die Qualität und Streuung der manuell gefertigten Bauteil stark von der Erfahrung und dem Einsatz des Personals abhängig. Gerade kleinere Unternehmen oder solche, die kleine Serien herstellen, bewegen sich in einem Spannungsfeld für eine investitionsintensive Automatisierung der Fertigung und der geringeren Qualität in der händischen Faserverbundfertigung. Der Wunsch, die Qualität zu verbessern, muss zu annehmbaren Kosten erfüllbar sein.
Unter einer Faserablage (manuell oder automatisch) wird dabei das Legen bzw. auch Drapieren von Faserhalbzeugen zu Faserpreformen (Bauteil) vor der Aushärtung (Prepreg) verstanden, was im weitesten Sinne die Montage von Halbzeugen zu Bauteilen oder Baugruppen höherer Erzeugnisebene ist. Unter der Faserablage wird somit zumindest der Montageteilprozess des Fügens von Halbzeugen zu Bauteilen höherer Ordnung verstanden.
In der Faserverbundfertigung werden Faserverbundbauteile hergestellt, die zumindest aus einem Fasermaterial einerseits und einem Matrixmaterial (bspw. Kunststoffmaterial) andererseits gebildet werden. Dabei wird das Fasermaterial mit dem Matrixmaterial getränkt und anschließend durch Temperierung und gegebenenfalls Druckbeaufschlagung ausgehärtet, sodass ein aus Fasermaterial und Matrixmaterial bestehendes Bauteil geschaffen wird, das aufgrund seiner gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit besonders den Anforderungen des Leichtbaus entspricht. Nicht selten werden auch materialfremde Elemente in das Bauteil während der Faserablage eingefügt, wie bspw. Aktoren, Sensoren oder andere Elemente wie bspw. Ventile, um so den Funktionsumfang des herzustellenden Bauteils zu erweitern.
Bei der händischen Faserablage werden in der Praxis die Fasermaterialien (Faserhalbzeuge, trocken oder vorimprägniert) meist in sogenannten Formwerkzeugen abgelegt, die zumindest teilweise der späteren Bauteilform entsprechen. Dabei dienen Gravuren auf den Randflächen der Formwerkzeuge und das Abmessen mit Hilfe von Messmitteln häufig als Hilfsmittel bei der Positionierung der Faserlagen, Faserpreforms oder Faserhalbzeugen, wie bspw. Verstärkungselemente (Stringer). Denn auch bei der manuellen Faserablage spielt die Genauigkeit bei der Montage der Bauelemente eine große Rolle. Derartige Prozesse, bei denen die Positionierung nur vom durchführenden Mitarbeiter abhängt, bergen die Gefahr von stärkeren Schwankungen der Bauteilqualität.
Eine weitere in der Praxis häufig angewendete Variante des Ablegeprozesses wird durch Laserprojektion ermöglicht. Diese projizieren nach einem Einmessen der Werkzeugposition mit einem Laser eine Kontur auf diese Werkzeugoberfläche oder die bereits abgelegte Faseroberfläche. In diese Kontur wird dann das als nächstes abzulegende Bauelement platziert. Für den nächsten Zuschnitt wird die computergesteuerte Anlage zur nachfolgenden bzw. nächsten Projektion weitergeschaltet, sodass sich hierdurch Schritt für Schritt die einzelnen Bauelemente platzieren lassen.
Die Verwendung von Laserprojektoren in der händischen Faserverbundfertigung bietet zwar eine Steigerung in der Genauigkeit gegenüber dem einfachen Abmessen von Sollpositionen, ist aber dennoch nicht ohne Nachteil. Da der Laserstrahl zumindest von einem Projektor von oben auf das Bauteil gerichtet wird, das Bauteil aber eine gewisse Größe aufweist, trifft der Strahl in einem Winkel auf das Bauteil auf. Werden nun Bauelemente in den Werkzeugbereich platziert, trifft der Laserstrahl auf deren Oberfläche, wodurch die schräge Einstrahlung des Lasers die projizierte Kontur verzerrt. Die Referenz für die Ablage „springt“ also während dieser, was eine hochgenaue Ablage bisweilen erschwert. Darüber hinaus bergen auch Laserprojektoren gewisse Investitionskosten, sodass sie sich insbesondere für Kleinunternehmen oder Kleinserienfertigung nur bedingt eignen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Unterstützung der Montage sowie ein verbessertes Montageunterstützungssystem zu schaffen, mit dem insbesondere in der Faserverbundfertigung das hochgenaue Platzieren von Bauelementen (bspw. Faserhalbzeuge, Fasermaterialien) verbessert werden kann, die sich auch für Kleinunternehmen und Kleinserien ohne hohe Investitionskosten eignen.
Die Aufgabe wird mit dem Montageunterstützungssystem gemäß Anspruch 1 sowie dem Verfahren zur Unterstützung der Montage gemäß Anspruch 8 erfindungsgemäß gelöst.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Montageunterstützungssystem zur Unterstützung der Montage eines Bauteils aus mehreren Bauelementen vorgeschlagen, wobei das Montageunterstützungssystem wenigstens eine holographische Projektionsbrille hat. Die holographische Projektionsbrille ist eine vor den Augen einer Person tragbare Brillenkonstruktion, bei der die die Projektionsbrille tragende Person durch vor den Augen angeordnete transparente Bildschirme schaut, durch die man in die Umgebung der Person projizierte Abbildungen erkennen kann. Die holographische Projektionsbrille ist damit zum Projizieren von künstlichen, holographischen Abbildungen in das Blickfeld der die holographische Projektionsbrille tragende Person ausgebildet.
Diese künstliche, holographische Abbildung fügt sich dabei in die reale Umgebung, in der sich die Person, welche die holographische Projektionsbrille trägt, befindet, ein. Der realen Umgebung können somit dreidimensionale bzw. holographische Abbildungen hinzugefügt werden, was auch unter dem Begriff „augmented reality“ bekannt ist. Ein Vertreter derartiger holographischer Projektionsbrillen ist bspw. die HoloLens^® der Firma Microsoft, mit der künstliche, holographische Abbildungen in das Blickfeld einer die Brille tragenden Person projiziert werden können.
Unter einer künstlichen, holographischen Abbildung wird insbesondere die Erweiterung der realen Umgebung durch Hinzufügen von insbesondere dreidimensionalen Elementen verstanden, die von dem Benutzer bzw. der Person, die die Brille trägt, erkannt werden kann, von anderen, die diese Brille nicht tragen, jedoch nicht. Unter dem Begriff „holographisch“ wird dabei insbesondere verstanden, dass es sich hierbei um eine insbesondere dreidimensionale, d.h. räumlich wahrnehmbare Gestalt der Abbildung handelt, sodass es sich bei der holographischen Abbildung insbesondere um eine räumlich wahrnehmbare Darstellung und Erweiterung der Umgebung handelt und die holographische Projektionsbrille genau hierzu ausgebildet ist.
Der Begriff „Projektionsbrille“ ist dabei nicht hinsichtlich der Form einer klassischen Brille zu verstehen, sondern hinsichtlich der übergeordneten Funktionsweise. Auch ein Helm mit einer Brillenkonstruktion kann eine holographische Projektionsbrille im Sinne der vorliegenden Erfindung sein. Das wesentliche Merkmal der Projektionsbrille ist hierbei, dass Elemente und Mittel vorgesehen sind, durch die eine Projektion von künstlichen, holographischen Abbildungen in das Blickfeld der die Brille tragenden Person möglich ist, sodass die die Projektionsbrille tragende Person die künstliche, holographische Abbildung, die in das Blickfeld projiziert wurde, diese wahrnehmen kann. Hierfür sind in der Regel transparente Bildschirme vor den Augen der Person notwendig, die von der Projektionsbrille bereitgestellt werden und die bei der Erzeugung der holographischen Abbildung mitwirken.
Des Weiteren weist das Montageunterstützungssystem eine digitale Speichereinheit auf, in der digitale Solldaten der zu montierenden Bauelemente und gegebenenfalls des herzustellenden Bauteils, das durch Montage der mehreren Bauelemente gebildet wird, hinterlegt oder hinterlegbar sind. Derartige Solldaten können insbesondere die Form, Geometrie sowie Position (absolut oder relativ zu anderen Bauelementen oder relativ zum Bauteil selber) sein. Auch das verwendete Material, die Stärke des verwendeten Materials, und insbesondere wichtig bei der Faserverbundfertigung die Ausrichtung der Fasern können digitale Solldaten im Sinne der vorliegenden Erfindung sein.
Erfindungsgemäß weist das Montageunterstützungssystem des Weiteren eine Recheneinheit auf, die zum Berechnen einer Projektion einer künstlichen, holographischen Abbildung als Sollzustand eines zu montierenden Bauelementes aus den in der Speichereinheit hinterlegten digitalen Solldaten der Bauelemente und in Abhängigkeit von aktuellen Positionsdaten einer der von einer Person getragenen holographischen Projektionsbrille eingerichtet ist.
Die Recheneinheit ist somit derart eingerichtet, dass sie aus den digitalen Solldaten der zu montierenden Bauelemente eine Projektion einer künstlichen holographischen Abbildung des Bauelementes berechnet, wobei die künstliche holographische Abbildung den Sollzustand des zu montierenden Bauelementes abbildet. So lässt sich bspw. eine Projektion einer holographischen Abbildung eines Bauelementes berechnen, die die Sollgeometrie bzw. Sollform als Sollzustand des Bauelementes zeigt und somit eine Projektion einer künstlichen holographischen Abbildung darstellt, die das zu montierende Bauelement in seiner formgebenden Sollgeometrie bzw. Sollform zeigt.
Des Weiteren kann aus den digitalen Solldaten die Sollposition des zu montierenden Bauelementes absolut oder relativ zu dem herzustellenden Bauteil als Sollzustand durch die berechnete Projektion der künstlichen holographischen Abbildung gezeigt werden, sodass der Träger der holographischen Projektionsbrille in seiner Umgebung die tatsächliche Sollposition und gegebenenfalls auch Form und Geometrie des Bauelementes angezeigt bekommt, sodass schnell und intuitiv der jeweiligen Person die Montagepositionen des Bauelementes angezeigt werden. Da sich Personen in der Regel bewegen und durch Kopfbewegungen permanent die Position der holographischen Projektionsbrille verändert wird, wird durch die Recheneinheit die Projektion weiterhin auch in Abhängigkeit von der aktuellen Position bzw. aktuellen Positionsdaten der getragenen holographischen Projektionsbrille berechnet, sodass durch die Projektion der künstlichen holographischen Abbildung das Blickfeld der die holographische Projektionsbrille tragenden Person das Bauelement hinsichtlich seiner Sollposition und/oder hinsichtlich seiner Bauteilform/Bauteilgeometrie immer korrekt dargestellt wird. Mit anderen Worten, die künstliche holographische Abbildung wird so in das Blickfeld projiziert, das es zum einen das zu montierende Bauelement zeigt, wodurch Form und Geometrie erkennbar werden, und zum anderen die Abbildung immer an der Position für die die Projektionsbrille tragende Person dargestellt wird, an der das Bauteil tatsächlich auch montiert werden soll.
Bei der Herstellung einer Flügelschale aus einem Faserverbundwerkstoff ist es beispielsweise denkbar, dass zunächst in ein großes Formwerkzeug die Flügelhaut durch Ablegen von Fasermaterialien gebildet wird. Auf die Innenseite der Flügelhaut werden dann vorgefertigte Stringer bzw. Versteifungselemente aufgebracht, die mit der Innenseite der Flügelhaut verklebt und in dem anschließenden Aushärtungsprozess integral damit verbunden werden sollen. Hierbei wird die Sollposition des Stringers bzw. Verstärkungselementes mithilfe der holographischen Projektionsbrille in das Sichtfeld einer die Projektionsbrille tragenden Personen projiziert, so dass die jeweilige Person genau die Position erkennen kann, an deren Stelle der Stringer bzw. das Versteifungselement angeordnet werden soll. Denkbar ist hierbei auch, dass nicht nur die Sollposition an sich dargestellt wird, sondern die dreidimensionale Form des Stringers angezeigt wird und als holographische Projektion in das Blickfeld projiziert wird.
Die holographische Projektionsbrille ist somit schließlich zum Projizieren der berechneten Projektion ausgebildet, um die künstliche, holographische Abbildung als Sollzustand des zu montierenden Bauelementes in das Blickfeld der die holographische Projektionsbrille tragenden Person zu projizieren.
Hierdurch wird es möglich, auf bspw. Laserprojektoren zu verzichten, da jeder Mitarbeiter, der eine derartige holographische Projektionsbrille trägt, die Position und Geometrie des zu montierenden Bauelementes aufgrund der jeweils individuellen Projektion in sein jeweiliges Blickfeld erkennt und somit entsprechend handeln kann. Durch den Verzicht von Laserprojektoren kann dabei erheblich an Investitionskosten eingespart werden, wobei die mit der Laserprojektion einhergehenden Nachteile vermieden werden können.
Durch die holographische Projektion des zu montierenden Bauelementes kann dabei nicht nur der einfache Umriss der Position dargestellt werden, sondern eine dreidimensionale Abbildung des Bauteils an der zu montierenden Bauteilposition sodass der Mitarbeiter, der die Brille trägt und das Bauelement montieren soll, sowohl die Position des Bauelementes als auch Form und Geometrie sofort verifizieren kann.
Demnach ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn in der digitalen Speichereinheit zumindest die Montageposition und Geometrie/Form der zu montierenden Bauelemente als digitale Solldaten hinterlegt oder hinterlegbar sind, wobei die Recheneinheit zum Berechnen der Projektion und der künstlichen, holographischen Abbildung hinsichtlich der Montageposition und/oder Geometrie/Form als Sollzustand des zu montierenden Bauelementes aus der in der Speichereinheit hinterlegten Montageposition und/oder Geometrie der jeweiligen Bauelemente eingerichtet ist, wobei die von der Person getragene holographische Projektionsbrille zum Projizieren der berechneten Projektion derart ausgebildet ist, dass die künstliche holographische Abbildung des zu montierenden Bauelementes hinsichtlich der Montageposition und Geometrie als Sollzustand in das Blickfeld der holographischen Projektionsbrille projiziert wird. Für die die Projektionsbrille tragende Person wird das zu montierende Bauelement somit an der Montageposition innerhalb der realen Umgebung angezeigt und dabei gegebenenfalls noch hinsichtlich der Form und Geometrie dargestellt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die wenigstens eine holographische Projektionsbrille eine oder mehrere Kameras auf, die zum Aufnehmen von Bilddaten der Umgebung der die holographische Projektionsbrille tragenden Person ausgebildet sind. Eine Auswerteeinheit ist eingerichtet, das zu montierende Bauelement aus der realen Umgebung in den aufgenommenen Bilddaten der holographischen Projektionsbrille zu erkennen, sodass während der realen Montage des Bauelementes der Ist-Zustand des Bauelementes, insbesondere hinsichtlich Montageposition und Geometrie/Form erfasst werden kann. Die Auswerteeinheit ist dabei weiterhin eingerichtet, den erfassten Ist-Zustand des realen montierten Bauelementes mit einem aus den digitalen Solldaten des zu montierenden Bauelementes ermittelten Sollzustand zu vergleichen, sodass der Ist-Zustand in Bezug auf den vorgegebenen Soll-Zustand verifiziert werden kann, und zwar direkt während der Montage. Dabei kann der Person, die die Projektionsbrille trägt, eine Rückmeldung in das Blickfeld projiziert werden, die die Qualität des Ist-Zustands des Bauelementes hinsichtlich des vorgegebenen Soll-Zustands anzeigt. Einfachstes Beispiel hier wäre eine Ampeldarstellung, mit der das System bspw. hinsichtlich Position und/oder Geometrie den Ist-Zustand gegenüber dem Soll-Zustand verifiziert und darstellt, ob der Ist-Zustand in Bezug auf den Soll-Zustand ausreichend ist und den entsprechenden Qualitätsanforderungen genügt oder nicht. Hierdurch erhält der Montagemitarbeiter eine direkte Rückmeldung, was insbesondere bei der händischen Faserverbundfertigung die Qualität der manuellen bzw. händischen Fertigungsschritte deutlich erhöht.
Denkbar ist aber auch, dass die Rückmeldung über das Erreichen der Sollposition durch eine Farbänderung der Projektion erreicht wird. Solange das betreffende Bauteil noch nicht an seiner vorgegebenen Sollposition angelangt ist, wird die Projektion in das Blickfeld der Person so gewählt, dass die Position und/oder Bauteilform in der Projektion durch eine entsprechende Farbgebung (beispielsweise Falschfaden) hervorgehoben wird. Wurde die korrekte Bauteilposition erreicht, so wird dies vom System detektiert und die Projektion ändert ihre Farbgestaltung, beispielsweise von einer roten Darstellung der Sollposition durch projizieren der Bauteilform an die jeweilige Sollposition hin zu einer grünen Darstellung des Bauteils in der Projektion.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Kameras der holographischen Projektionsbrille, die zur Aufnahme von Bilddaten der Umgebung der die holographische Projektionsbrille tragenden Person ausgebildet sind, mit einem Dokumentationsspeicher verbunden, um eine digitale Arbeitsdokumentation zu erzeugen. Das Montageunterstützungssystem ist dabei so ausgebildet, dass es zur benutzergesteuerten Aufnahme der Bilddaten eingerichtet, d.h. zum benutzergesteuerten Beginn und Ende der Aufnahmen, sodass der Benutzer, bspw. durch Betätigung eines Betätigungselementes an der Projektionsbrille oder durch andere Eingabeformen wie akustische Sprachbefehle der Gesteneingabe, die Aufnahme starten und beenden kann. Insbesondere ein berührungsloses Starten und Stoppen der Aufnahme ist besonders vorteilhaft um die Brille vor Verunreinigungen zu schützen. Die während dieser benutzergesteuerten Aufnahme aufgenommenen Bilddaten werden dann in die digitalen Dokumentationsspeicher zur Arbeitsdokumentation hinterlegt und dienen somit dazu, den gesamten Montageprozess zu dokumentieren. Die Bilddaten können dabei bspw. in Form von Screenshots (einfache, unbewegte Bilder) oder in Form von kurzen Videos als Arbeitsdokumentation hinterlegt werden.
Dabei ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn das Montageunterstützungssystem nicht nur die Bilddaten, aufgenommen durch die Kameras der Projektionsbrille, in dem digitalen Dokumentationsspeicher ablegt, sondern zusätzlich auch die zum Zeitpunkt der Aufnahme dargestellten Projektionen, die ja nur von der jeweiligen Person erkennbar sind, in die digitalen Bilddaten mitintegriert werden, sodass eine vollständige Arbeitsdokumentation sowohl der realen Umgebung als auch der dargestellten Projektionen erreicht wird. In den aufgenommenen Bilddaten sind somit auch die berechneten und projizierten holographischen Abbildungen einschließlich weiterer Projektionen durch die Projektionsbrille sichtbar, sodass sich eine vollständige Dokumentation der gesamten erweiterten Umgebung (augmented reality) ergibt.
Dabei ist es denkbar, dass die Dokumentation derart erfolgt, dass die einzelnen Montageschritte in der Abfolge einer Montageanweisung in der vorgegebenen Reihenfolge in der holographischen Darstellung aufgerufen und durch den Soll-Ist-Vergleich als erfolgreich abgeschlossen verifiziert werden. Die Dokumentation jedes erfolgreichen Arbeitsschrittes kann auch aus einer Kombination aus Kameraaufnahmen und eingeblendeten (oder nicht eingeblendeten) Informationen zusammengesetzt sein, die nicht nur die projizierten und durch den die Brille tragenden Mitarbeiter sichtbaren Darstellungsformen entspricht, sondern für die Dokumentation besser geeignet sind, beispielsweise dadurch, dass Daten enthalten sind, die von der die Brille tragenden Person in einer individualisierten Darstellungsform bewusst als nicht angezeigt ausgewählt wurden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit eingerichtet, während der Montage des Bauteils zu einem oder mehreren Arbeitsschritten bezüglich eines oder mehreren Bauelementen in einem digitalen Datenspeicher hinterlegte Montageanweisungen zu ermitteln, wobei die holographische Projektionsbrille zum Projizieren der ermittelten Montageanweisungen in das Blickfeld der die holographische Projektionsbrille tragenden Person zu projizieren. Somit lassen sich nicht nur die Bauelemente hinsichtlich ihres Sollzustands darstellen, sondern auch schriftliche Anweisungen oder anderweitige Informationen bezüglich der Montageanweisungen darstellen, um so bspw. auch die Aufmerksamkeit des Montagemitarbeiters entsprechend auf die wichtigen und notwendigen Montageschritte zu lenken. Auch diese Arbeitsanweisungen bzw. Montageanweisungen können dann in dem digitalen Dokumentationsspeicher zur Arbeitsdokumentation hinterlegt werden.
Dies ist insbesondere dazu gut geeignet, um Mitarbeiten, die den Montageprozess sehr gut kennen, auf Änderungen im Montageprozess aufmerksam zu machen, die von der sonst üblichen Vorgehensweise abweichen.
Vorteilhafter Weise ist ein Sensorsystem vorgesehen, das zum Erfassen von Umgebungsparametern während der Montage des Bauteils ausgebildet ist, wobei die holographische Projektionsbrille zum Projizieren der während der erfassten Umgebungsparameter während der Montage des Bauteils ausgebildet ist. Hierdurch lassen sich bspw. für die Faserverbundfertigung wichtige Umgebungsparameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, aber auch die Uhrzeit direkt im Blickfeld des Montagemitarbeiters darstellen und so die Informationsaufnahme erhöhen. Das Sensorsystem muss dabei nicht zwangsläufig Bestandteil der Sensorbrille sein, sondern es kann auch schlicht via Funk mit der Sensorbrille verbunden sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die holographische Projektionsbrille einen Sensor zum Erfassen von Markierungen eines Montagebereichs auf, um so die Position der holographischen Projektionsbrille in Bezug zu dem Montagebereich erfassen zu können. In einer Ausführungsform ist es hierbei denkbar, dass die holographische Projektionsbrille Kameras hat, die zum Aufnehmen von Bilddaten eingerichtet sind, wobei mit Hilfe einer Auswerteeinheit dann bspw. Markierungen an dem Formwerkzeug (sogenannte Targets) erkannt werden können, die den Montagebereich markieren, sodass so die relative Position (einschließlich der Ausrichtung und Lage der holographischen Projektionsbrille) in Bezug auf das Werkzeug ermittelbar ist. Somit lässt sich die Sollposition des zu montierenden Bauelementes innerhalb des Montagebereichs in die Berechnung der Projektion einfließen, sodass für den Benutzer das zu montierende Bauelement innerhalb des Montagebereichs der realen Umgebung als künstliche holographische Abbildung an der entsprechenden Sollposition angezeigt wird.
Das Montageunterstützungssystem sowie das diesbezügliche Verfahren kann dabei so ausgebildet sein, dass alle bauteilspezifischen Daten und Informationen des zu montierenden Bauteils der die Projektionsbrille tragenden Person durch eine holographische Projektion in das Sichtfeld während des Montageprozesses angezeigt werden. Neben der Position und Geometrie der einzelnen Bauelemente könne dies beispielsweise bei der Montage von Faserverbundbauteilen auch der Faserwinkel sein. Durch die holographische Projektion nicht nur der Form und der Position des zu montierenden Bauteils, sondern auch deren Faserorientierung ist es möglich, das Bauteil nicht nur an der vorgegebenen Sollposition zu montieren, sondern auch dabei die entsprechende Faserorientierung mit zu berücksichtigen, was insbesondere bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen aufgrund der anisotropen Eigenschaften des Materials besonders wichtig ist. Denkbar ist aber auch, dass die Art des Materials für ein spezifisches Bauteil und ggf. sogar entsprechende Informationen über die Materialherkunft, beispielsweise Informationen über die konkrete Materialrolle, angezeigt werden. So lassen sich auch zum Zwecke der Dokumentation die entsprechenden Informationen bezüglich des zu verwendenden Materials für das konkrete Bauteil anzeigen und abspeichern, so dass einem bestimmte Bauteil später auch die entsprechenden Ausgangsmaterialien zugeordnet werden können.
So können beispielsweise mithilfe von Materialetiketten, beispielsweise in Form von QR-Codes, die Materialien mithilfe der an der holographischen Projektionsbrille angeordneten Kameras erfasst und ausgewertet werden, so dass auch hier beispielsweise ein Abgleich stattfinden kann, bei dem festgestellt wird, ob das verwendete Material dem herzustellenden Bauteil zugeordnet ist oder nicht (Soll-Ist-Vergleich der verwendeten Materialien). Hierfür werden mithilfe der an der Projektionsbrille angeordneten Kameras entsprechende Bilddaten aufgenommen, die die verwendeten Materialien enthalten. Mithilfe der Auswerteeinheit lässt sich dann beispielsweise eine Materialkennung, eine Material-ID oder ein Materialetikett identifizieren und auswerten. Hierfür greift die Auswerteeinheit beispielsweise auch einen Datenspeicher zu, in dem zu jedem Materialetikett, jeder Material-ID oder jeder Materialkennung das entsprechend verwendete Material und das diesem Material zugeordnete Bauteil hinterlegt ist. Dadurch lässt sich feststellen, ob die Personen bzw. Mitarbeiter auch tatsächlich die für dieses Bauelement bzw. Bauteil vorgesehenen Materialien verwenden.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Informationsdichte, die mithilfe der holographischen Projektionsbrille mithilfe der holographischen Projektionen der die Brille tragenden Personen dargestellt werden sollen, eingestellt werden können, um so beispielsweise die Informationsdichte zu erhöhen oder zu verringern. So können beispielsweise erfahrene Mitarbeiter, die den Montageprozess sehr gut kennen, eine sehr geringe Informationsdichte einstellen, die nur die nötigsten Informationen enthält. Neue Mitarbeiter hingegen können das System so einstellen, dass sämtliche Informationen (hohe Informationsdichte) angezeigt werden, um eine entsprechende Routine aufbauen zu können. Dabei ist es sicherlich denkbar, dass ein Mindestmaß an Informationen vorgegeben wird, das immer angezeigt wird, so dass Änderungen im Arbeitsablauf auf jeden Fall berücksichtigt werden.
Die Wiedergabe der Arbeitsanweisungen kann dabei mithilfe der holographischen Projektionsbrille vorteilhafterweise visuell geschehen, d.h. die Arbeitsanweisungen werden als holographische Projektionen eingeblendet. Denkbar ist aber auch, dass lediglich die Arbeitsanweisungen akustisch wiedergeben werden, so dass das Blickfeld des Mitarbeiters nur die Position und die Bauteilform des zu montierenden Bauteils aufweist.
Vorteilhafterweise wird neben der Sollposition und ggf. auch der Bauteilform des zu montierenden Bauteils auch eine Orientierungshilfe durch die holographische Projektionsbrille in Form einer holographischen Projektion dargestellt, um so die Montage zu verbessern. Anhand dieser Orientierungshilfe, die beispielsweise ein Koordinatensystem sein kann, kann daran auch die entsprechende Faserausrichtung ausgerichtet werden. Eine solche Orientierungshilfe kann dabei beispielsweise auch ein Raster sein.
Bei der Montage zur Herstellung von Faserverbundbauteilen können neben der holographischen Darstellung von Faserhalbzeugen auch Hilfsstoffe wie Abreißgewebe, Fliese und Vakuumfolien dargestellt werden, um beispielsweise einen vollständigen Vakuumaufbau zu erhalten.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigt:
1 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Montageunterstützungssystems.
1 zeigt schematisch das Montageunterstützungssystem 1, das eine holographische Projektionsbrille 2, einen digitalen Datenspeicher 3 sowie eine Recheneinheit 4 zur Berechnung der Projektion aufweist.
Die Projektionsbrille 2 weist ein Display bzw. Projektionsfläche 5 auf, auf die mit Hilfe einer Projektionseinrichtung 6 die reale Umgebung 7 durch ein digitales Bild bzw. Abbildung überlagert werden kann. Hierzu wird auf das Display bzw. Projektionsfläche 5 mit Hilfe der Projektionseinrichtung 6 eine Abbildung projiziert, die von dem Träger der Projektionsbrille 2 (nicht dargestellt) als ein Objekt in der realen Umgebung 7 wahrgenommen werden kann.
An der Projektionsbrille 2 ist des Weiteren die Recheneinheit 4 angeordnet und integriert, welche die Projektion der künstlichen holographischen Abbildung berechnet. Über eine Funkkommunikationseinrichtung 8 ist die Recheneinheit 4 der holographischen Projektionsbrille 2 mit dem digitalen Speicher 3 signaltechnisch verbunden, um so die digitalen Solldaten der zu montierenden Bauelemente abrufen zu können.
Die Recheneinheit 4 ist nun eingerichtet, eine Projektion der künstlichen, holographischen Abbildung 9 als Sollzustand eines zu montierenden Bauelementes 14 aus den in der Speichereinheit 3 hinterlegten digitalen Solldaten der Bauelemente und in Abhängigkeit von aktuellen Positionsdaten der Projektionsbrille 2 zu berechnen, sodass anhand der berechneten Projektion die Projektionseinrichtung 6 entsprechend so angesteuert werden kann, dass sie die Projektion auf das Display 5 ausgibt und die die Projektionsbrille 2 tragende Person dann die künstliche, holographische Abbildung 9 in der realen Umgebung 7 wahrnehmen kann. Die künstliche, holographische Abbildung 9 wird somit durch die Projektionsbrille 2 der realen Umgebung 7 einzig und allein für den Träger der Projektionsbrille 2 hinzugefügt und überlagert diese reale Umgebung 7 somit.
Das zu montierende Bauelement 14, das durch die künstliche holographische Abbildung 9 in ihrem Sollzustand dargestellt wird, wird dabei sowohl hinsichtlich der Geometrie/Form des zu montierenden Bauelementes als auch hinsichtlich der Sollposition innerhalb eines Werkzeuges 10 dargestellt, sodass der Benutzer sofort erkennen kann, an welche Position das Bauelement, dargestellt durch die holographische Abbildung 9, positioniert werden soll.
Die Projektionsbrille 2 weist des Weiteren eine Kamera 11 auf, mit der Bilder der realen Umgebung 7 aufgenommen werden können. Derartige Bilddaten können bspw. zu Dokumentationszwecken in einem digitalen Speicher, bspw. dem digitalen Speicher 3, abgelegt werden. Hierfür ist die Kamera 11 mit der Recheneinheit 4 verbunden, umso neben den reinen Bilddaten der realen Umgebung auch die in die reale Umgebung 7 projizierte holographische Abbildung 9 in die Bilddaten zu integrieren, sodass sich ein Bild ergibt, wie es der Träger der holographischen Projektionsbrille 2 tatsächlich wahrnehmen wird.
Denkbar ist auch, dass die holographische Brille 2 eine Auswerteeinheit 13 hat, die mit der Kamera 11 verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit 13 eingerichtet, aus den aufgenommenen Bilddaten ein tatsächlich zu montierendes Bauelement 14 anhand einer Bildauswertung zu erkennen und daraus die Ist-Daten bzw. den Ist-Zustand des zu montierenden Bauteils 14 zu erfassen. Der Ist-Zustand des zu montierenden Bauteils 14 kann bspw. die Form und/oder die aktuelle Position in Bezug auf das Formwerkzeug 10 und die Sollposition sein. Die Auswerteeinheit 13 ist des Weiteren eingerichtet, den Ist-Zustand mit dem Soll-Zustand abgeleitet aus den Solldaten der Bauelemente zu vergleichen und somit zu verifizieren, ob der Ist-Zustand innerhalb gewisser Toleranzen dem Soll-Zustand entspricht. Durch eine entsprechende Projektion kann die Verifikation des Ist-Zustands des Bauelementes 14 bei der Montage gleich dargestellt werden, sodass der Träger der Projektionsbrille 2 eine Rückmeldung erhält, ob bspw. die Form und/oder Position des zu montierenden Bauelementes 14 den Vorgaben entspricht.
Des Weiteren sind an dem Formwerkzeug 10 mehrere Markierungen (Targets) 12 vorgesehen, die zur Markierung des Montagebereichs im Inneren des Formwerkzeuges 10 vorgesehen sind. Mit Hilfe von Kameras 11 der Projektionsbrille 2 können diese Markierungen 12 erfasst und mit Hilfe der Recheneinheit 4 kann dann die relative Position und/oder Lage der Projektionsbrille 2 in Bezug auf das Formwerkzeug 10 ermittelt werden, sodass die holographische Abbildung 9 auch entsprechend positions- und formtreu in die reale Umgebung 7 in das Blickfeld projiziert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Montageunterstützungssystem
2: holographische Projektionsbrille
3: digitale Speichereinheit
4: Recheneinheit
5: Display
6: Projektionseinrichtung
7: reale Umgebung
8: Kommunikationsverbindung
9: holographische Abbildung
10: Formwerkzeug
11: Kameras
12: Markierungen
13: Auswerteeinheit
14: Bauelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010015027 [0003]
EP 2505343 [0003]

Claims

Montageunterstützungssystem (1) zur Unterstützung der Montage eines Bauteils (14) aus mehreren Bauelementen mit: a) wenigstens einer holographischen Projektionsbrille (2), die eine vor den Augen einer Person tragbare Brillenkonstruktion ist und zum Projizieren von künstlichen, holographischen Abbildungen (9) in das Blickfeld der die holographische Projektionsbrille (2) tragende Person ausgebildet ist, b) einer digitalen Speichereinheit (3), in der digitale Solldaten der zu montierenden Bauelemente (14) hinterlegt oder hinterlegbar sind, und c) einer Recheneinheit (4), die zum Berechnen einer Projektion einer künstlichen, holographischen Abbildung (9) als Sollzustand eines zu montierenden Bauelementes (14) aus den in der Speichereinheit (3) hinterlegten digitalen Solldaten der Bauelemente und in Abhängigkeit von aktuellen Positionsdaten einer der von einer Person getragenen holographischen Projektionsbrillen (2) eingerichtet ist, d) wobei die von der Person getragene holographische Projektionsbrille (2) zum Projizieren der berechneten Projektion ausgebildet ist, um die künstliche, holographische Abbildung (9) als Sollzustandes des zu montierenden Bauelementes (14) in das Blickfeld der die holographische Projektionsbrille (2) tragende Person zu projizieren.
Montageunterstützungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der digitalen Speichereinheit (3) zumindest die Position und Geometrie der zu montierenden Bauelemente (14) als digitale Solldaten hinterlegt oder hinterlegbar sind, wobei die Recheneinheit (4) zum Berechnen der Projektion der künstlichen, holographischen Abbildung (9) hinsichtlich der Position und Geometrie als Sollzustand des zu montierenden Bauelementes (14) aus den in der Speichereinheit (3) hinterlegten Position und Geometrie der jeweiligen Bauelemente eingerichtet ist, wobei die von der Person getragene holographische Projektionsbrille (2) zum Projizieren der berechneten Projektion derart ausgebildet ist, dass die künstliche, holographische Abbildung (9) des zu montierenden Bauelementes (14) hinsichtlich der Position und Geometrie als Sollzustand in das Blickfeld der holographischen Projektionsbrille (2) projiziert wird.
Montageunterstützungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der holographischen Projektionsbrillen (2) eine oder mehrere Kameras (11) aufweisen, die zur Aufnahme von Bilddaten der Umgebung der die holographische Projektionsbrille (2) tragende Person ausgebildet sind, wobei eine Auswerteeinheit (13) vorgesehen ist, die zum Erkennen des zu montierenden Bauelementes (14) aus den aufgenommenen Bilddaten der holographischen Projektionsbrille (2) und zum Erfassen eines Ist-Zustandes des zu montierenden Bauelementes (14) eingerichtet ist, wobei die Auswerteeinheit (13) weiterhin zum Vergleichen des erfassten Ist-Zustandes mit einem aus den digitalen Solldaten des zu montierenden Bauelementes (14) ermittelten Soll-Zustand eingerichtet ist.
Montageunterstützungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der holographischen Projektionsbrillen (2) eine oder mehrere Kameras (11) aufweisen, die zur Aufnahme von Bilddaten der Umgebung der die holographische Projektionsbrille (2) tragende Person ausgebildet sind, wobei das Montageunterstützungssystem (1) zum benutzergesteuerten Beginn und Ende der Aufnahme eingerichtet und zum Hinterlegen der benutzergesteuerten Aufnahmen in einen digitalen Dokumentationsspeicher zur Arbeitsdokumentation ausgebildet ist.
Montageunterstützungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (4) eingerichtet ist, während der Montage des Bauteils (14) zu einem oder mehreren Arbeitsschritten bezüglich eines oder mehreren Bauelementen in einem digitalen Datenspeicher hinterlegte Montageanweisungen zu ermitteln, wobei die holographische Projektionsbrille (2) zum Projizieren der ermittelten Montageanweisungen in das Blickfeld der die holographische Projektionsbrille (2) tragende Person zu projizieren.
Montageunterstützungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorsystem vorgesehen ist, das zum Erfassen von Umgebungsrandparametern während der Montage des Bauteils (14) ausgebildet ist, wobei die holographische Projektionsbrille (1) zum Projizieren der Werte der erfassten Umgebungsrandparameter während der Montage des Bauteils (14) ausgebildet ist.
Montageunterstützungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine holographische Projektionsbrille (2) einen Sensor zum Erfassen von Markierungen (12) eines Montagebereiches, in den das herzustellende Bauteil aus den Bauelementen montiert werden soll, ausgebildet ist, wobei die Recheneinheit (4) zum Ermitteln der relativen Position der holographischen Projektionsbrille (2) in Bezug auf den Montagebereich eingerichtet ist.
Verfahren zur Unterstützung der Montage eines Bauteils (14) aus mehreren Bauelementen mit: – Bereitstellen eines Montageunterstützungssystems (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – Berechnen einer Projektion einer künstlichen, holographischen Abbildung (9) als Sollzustand eines zu montierenden Bauelementes (14) aus den in der Speichereinheit (3) des Montageunterstützungssystems (1) hinterlegten digitalen Solldaten der Bauelemente und in Abhängigkeit von aktuellen Positionsdaten der von einer Position getragenen holographischen Projektionsbrille (2) des Montageunterstützungssystems (1) mittels der Recheneinheit (4) des Montageunterstützungssystems (1), – Projizieren der berechneten Projektion in das Blickfeld der die holographische Projektionsbrille (2) tragenden Person mittels der holographischen Projektionsbrille (2), um die künstliche, holographische Abbildung (9) als Sollzustand des zu montierenden Bauelementes (14) im Blickfeld der die holographische Projektionsbrille (2) tragenden Person darzustellen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Bilddaten der Umgebung der die holographische Projektionsbrille (2) tragenden Person mit Hilfe von einer oder mehreren Kameras (11) der holographischen Projektionsbrille (2) aufgenommen werden, wobei aus den aufgenommenen Bilddaten der holographischen Projektionsbrille (2) das zu montierende Bauelement (14) erkannt und ein Ist-Zustand des zu montierenden Bauelementes (14) mittels einer Auswerteeinheit (13) erfasst wird, wobei der erfasste Ist-Zustand mit einem aus den digitalen Solldaten des zu montierenden Bauelementes (14) ermittelten Sollzustand verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Bilddaten der Umgebung der die holographische Projektionsbrille (2) tragenden Person mit Hilfe einer oder mehrerer Kameras (11) der holographischen Projektionsbrille (2) aufgenommen werden, wobei benutzergesteuerte Aufnahmen in einem digitalen Dokumentationsspeicher zur Arbeitsdokumentation hinterlegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der Montage des Bauteils (14) zu einem oder mehreren Arbeitsschritten bezüglich eines oder mehrerer Bauelemente hinterlegte Montageanweisungen ermittelt werden und die ermittelten Montageanweisungen mittels der holographischen Projektionsbrille (2) in das Blickfeld der die holographische Projektionsbrille tragenden Person projiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Umgebungsparameter während der Montage des Bauteils (14) mit Hilfe eines Sensorsystems erfasst und die Werte der erfassten Umgebungsparameter während der Montage des Bauteils (14) mittels der holographischen Projektionsbrille (2) in das Blickfeld der die holographische Projektionsbrille (2) tragenden Person projiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines an der holographischen Projektionsbrille (2) vorgesehenen Sensors entsprechende Markierungen (12) eines Montagebereichs erfasst und die relative Position der holographischen Projektionsbrille (2) in Bezug auf den Montagebereich in Abhängigkeit von den erfassten Markierungen (12) ermittelt wird.