Augmented Reality in der Fertigung: Anwendungsfälle und Vorteile
Augmented Reality in der Fertigung ist der Einsatz von AR-Technologie, um digitale Informationen wie CAD-Geometrie, Prüfpunkte, Arbeitsanweisungen und visuelle Anmerkungen direkt auf physische Teile, Baugruppen und Arbeitsbereiche zu projizieren. Die digitalen Informationen erscheinen über ein AR-fähiges Gerät wie ein Tablet oder ein Headset der realen Umgebung überlagert, sodass Bediener das physische Objekt und die relevanten digitalen Anweisungen gleichzeitig sehen können.
Augmented Reality in der Fertigung wird in verschiedenen operativen Bereichen eingesetzt, wobei Qualitätsprüfung und Montageanleitung zu den wichtigsten industriellen Anwendungsfällen gehören. Der Kernnutzen ist in beiden Fällen derselbe: die Lücke zwischen digitalen Referenzinformationen und physischer Arbeitsausführung zu verkleinern und diese Informationen am richtigen Ort zur richtigen Zeit in einem Format verfügbar zu machen, mit dem die Bediener arbeiten können, ohne ihre Aufmerksamkeit auf einen separaten Bildschirm oder ein Dokument richten zu müssen.
Wie funktioniert Augmented Reality in der Produktion?
Augmented Reality in der Fertigung funktioniert durch einen dreistufigen Prozess: Lokalisierung, Überlagerung und Erfassung.
Lokalisierung: Das AR-Gerät ermittelt die Position und Ausrichtung des physischen Teils oder Arbeitsbereichs relativ zur Kamera des Geräts. Dies geschieht in der Regel mithilfe von CAD-Modell-Tracking, markerbasiertem Tracking oder einer Kombination aus beidem. Sobald die Position bestimmt ist, kann das System digitale Inhalte auf das physische Objekt ausrichten.
Überlagerung: Digitale Inhalte wie CAD-Geometrie, Prüfnotizen, Gut/Schlecht-Kriterien und Arbeitsanweisungsschritte werden über das Live-Kamerabild eingeblendet. Der Bediener sieht das physische Bauteil mit den digitalen Informationen, die in der korrekten Position und Ausrichtung darüber gelegt sind. Wenn sich das Gerät oder das Bauteil bewegt, passt sich das Overlay kontinuierlich an, um die Ausrichtung beizubehalten.
Aufnahme Während der Operator dem AR-gesteuerten Arbeitsablauf folgt, werden Ergebnisse, Fotografien und Anmerkungen bei jedem Schritt digital erfasst. Dadurch entsteht ein nachvollziehbarer Datensatz darüber, was von wem und mit welchem Ergebnis inspiziert oder montiert wurde.
SuPAR Composer wird verwendet, um die strukturierten Inspektions- und Leitfadeninhalte vorzubereiten, CAD-Daten zu importieren und die Prüfpunkte, Annotationen und die von den Bedienern einzuhaltende Sequenz zu definieren. SuPAR App stellt diese Inhalte in der Fertigung bereit, blendet sie über das physische Teil ein und erfasst die Ergebnisse.
Was sind die Anwendungsfälle für Qualitätsprüfung durch AR in der Fertigung?
Die visuelle Prüfung mittels Augmented Reality ist ein zentraler Anwendungsfall für AR im Bereich der Fertigungsqualität. Das grundlegende Problem, das damit gelöst wird, ist die Übersetzungslücke: Bei herkömmlichen Prüfverfahren müssen die Bediener 2D-Zeichnungen oder digitale Dokumente gedanklich in Prüfschritte für ein physisches 3D-Bauteil umwandeln. Dieser Übersetzungsprozess kann zu unterschiedlichen Interpretationen zwischen den Bedienern führen und zu Schwankungen bei der Prüfung beitragen.
Die AR-Prüfung löst dieses Problem, indem die Prüfinformationen direkt auf das zu prüfende Bauteil projiziert werden. Der Bediener sieht die nominelle CAD-Geometrie über dem physischen Bauteil, zusammen mit Prüfpunkten, Annahmekriterien und Referenzangaben. Zu den wichtigsten Anwendungsfällen der Qualitätsprüfung gehören:
Montageprüfung: Überprüfung, ob alle erforderlichen Komponenten vorhanden, korrekt positioniert und ordnungsgemäß eingebaut sind. Die AR-Überlagerung blendet an jeder Montageposition eine visuelle Markierung ein, wodurch fehlende, überzählige oder falsch ausgerichtete Bauteile leichter erkannt werden können.
Überprüfung der Schweißstellen: Visuelle Überprüfung des Vorhandenseins und der erwarteten Anordnung von Punktschweißnähten, Bolzen und anderen Verbindungselementen durch Überlagerung CAD-basierter Referenzdaten auf die physische Baugruppe. SuPAR AI kann die AR-gestützte Prüfung ergänzen, indem es die automatisierte visuelle Überprüfung definierter und sich wiederholender Prüfobjekte unterstützt.
Visuelle Positionsüberprüfung: Anhand der CAD-Referenz lässt sich visuell überprüfen, ob definierte Merkmale, Bohrungen, Halterungen oder Bauteile an den erwarteten Stellen vorhanden sind. Die AR-Überlagerung ermöglicht einen direkten visuellen Vergleich zwischen der digitalen Referenz und dem physischen Bauteil; sie ersetzt jedoch nicht die Maßmessung, die Toleranzprüfung oder die Messtechnik, sofern diese erforderlich sind.
Prüfung der Endmontage: Durchführung eines strukturierten End-of-Line-Audits anhand einer vordefinierten Prüfsequenz, wobei AR den Bediener durch jeden Prüfpunkt führt und jedes Ergebnis digital dokumentiert.
Wie unterstützt Augmented Reality die Montageanleitung und Arbeitsanweisungen?
Augmented Reality wird in der Fertigung auch zur Montageanleitung eingesetzt: Dabei werden den Bedienern die Arbeitsanweisungen direkt am Montageort bereitgestellt, anstatt auf gedruckte Handbücher oder separate bildschirmbasierte Systeme zurückzugreifen.
Bei Anwendungen zur Montageanleitung zeigen AR-Overlays den Bedienern, was als Nächstes montiert werden muss, wo die einzelnen Bauteile hingehören, in welcher Ausrichtung und in welcher Reihenfolge. Dies ist insbesondere von großem Nutzen für:
- Komplexe Baugruppen mit vielen Varianten oder Konfigurationen
- Kleinserienfertigung oder Fertigung mit großer Produktvielfalt, bei der die Mitarbeiter nur selten an verschiedenen Baugruppen arbeiten
- Montageschritte mit hohem Fehlerrisiko hinsichtlich der Bauteilposition oder -ausrichtung
- Schulung neuer Bediener in Montageabläufen
Der Unterschied zwischen einer AR-Montageanleitung und einer gedruckten Arbeitsanweisung oder einer bildschirmgestützten Anleitung besteht darin, dass die Informationen direkt im Sichtfeld des Bedieners angezeigt werden – genau dort, wo die Arbeit ausgeführt wird. Dadurch muss der Bediener den Blick seltener von der Arbeit abwenden, in einem separaten Dokument nachschlagen und die relevante Anweisung erst wieder suchen.
AR-gesteuerte Arbeitsabläufe können zudem die digitale Dokumentation unterstützen, indem sie relevante Ergebnisse und Anmerkungen während des Prozesses erfassen und so die Abhängigkeit von einer separaten manuellen Dokumentation verringern.
Wie schneidet die AR-Inspektion im Vergleich zu herkömmlichen Inspektionsmethoden ab?
Bei der traditionellen Fertigungsprüfung werden Papierzeichnungen, ausgedruckte Prüflisten oder digitale Dokumente auf dem Bildschirm als Referenzmaterial herangezogen. Die Mitarbeiter vergleichen das, was sie am Bauteil sehen, mit den Angaben in der Dokumentation.
Dieser Ansatz weist bekannte Einschränkungen auf. Unterschiedliche Auslegungen durch die jeweiligen Bediener können zu uneinheitlichen Ergebnissen führen. Die Umwandlung eines 2D-Dokuments in ein physisches 3D-Bauteil birgt Fehlerquellen. Prüfprotokolle müssen manuell erstellt werden, was einen hohen Dokumentationsaufwand und das Risiko von Übertragungsfehlern mit sich bringt.
| Dimension | Traditionelle Inspektion | AR-gestützte Inspektion |
| Referenzmaterial | Papierzeichnung oder Bildschirm | CAD-Überlagerung auf physisches Bauteil |
| Informationsstandort | Unabhängig von der Arbeit | Beim zu prüfenden Merkmal |
| Operatorinterpretation | Für jeden Schritt erforderlich | Durch räumliche Überlagerung reduziert |
| Dokumentation | Manuell, Nachprüfung | Digital, bei der Inspektion erfasst |
| Konsistenz über verschiedene Betreiber hinweg | Kommt auf das Training an | Unterstützt durch eine standardisierte Vorlage |
| CAD-Datenanforderung | Nicht erforderlich | Erforderlich für die Vorbereitung der Vorlage |
AR-gestützte Prüfungen verringern die Abhängigkeit von der Interpretation durch den Bediener, indem die Referenzinformationen an der korrekten Position auf dem physischen Bauteil eingeblendet werden. Dies kann dazu beitragen, Prüfungsschwankungen zu reduzieren und eine konsistentere Durchführung über verschiedene Bediener und Schichten hinweg zu unterstützen. Der während der AR-Prüfung erstellte digitale Datensatz unterstützt zudem die Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit, ohne dass zusätzliche manuelle Dokumentationsschritte erforderlich sind.
Wie implementiert man Augmented Reality in der Fertigung?
Die Implementierung von Augmented Reality in der Fertigung für Inspektionen oder Montageanleitungen umfasst mehrere Schritte:
Identifiziere den Anwendungsfall: Definieren Sie, welche Prüfaktivitäten oder Montageprozesse die Kandidaten mit der höchsten Priorität für die AR-Implementierung sind. Prozesse mit hoher Prüfvariabilität, komplexen Bauteilgeometrien oder erheblichem Dokumentationsaufwand sind gute Ausgangspunkte.
Verfügbarkeit der CAD-Daten bestätigen: CAD-basierte AR-Inspektions- und Montageanleitungs-Workflows, wie sie beispielsweise mit SuPAR verwendet werden, erfordern geeignete CAD-Modelle der zu inspizierenden oder zu montierenden Teile oder Baugruppen. Die Qualität und Vollständigkeit der CAD-Daten wirken sich direkt auf die Qualität des AR-Overlays aus.
Prüf- oder Anleitungsinhalte vorbereiten Mit dem SuPAR Composer importieren Qualitätsteams CAD-Daten und definieren für jedes Produkt die Prüfmerkmale, visuellen Annotationen und Sequenzen. Dieser Vorbereitungsschritt erzeugt die Prüfvorlagen, die Werker in der Fertigung verwenden.
Hardware auswählen: Die SuPAR-App läuft auf dem iPad Pro, das die für die AR-Überlagerung und Bilderfassung erforderlichen Kamera- und Displayfunktionen bereitstellt. Bei der Hardwareauswahl sollten die physische Umgebung, die Ergonomie und etwaige Anforderungen an Wasser- oder Staubbeständigkeit berücksichtigt werden.
Zugbetreiber Die Bediener müssen im Umgang mit dem AR-Inspektions-Arbeitsablauf geschult werden, einschließlich der Ausrichtung des Teils, der Einhaltung der Prüfungsreihenfolge und der Erfassung der Ergebnisse an jedem Prüfpunkt.
Überprüfen und überarbeiten: Die erste Inbetriebnahme offenbart oft Möglichkeiten, die Prüfvorlage zu verfeinern, die Kamerapositionierung anzupassen oder die Prüfsequenz zu modifizieren. Eine strukturierte Überprüfung nach den ersten Produktionsläufen hilft, den Arbeitsablauf vor einer breiteren Einführung zu optimieren.
Häufig gestellte Fragen
Welche Hardware wird für Augmented Reality in der Fertigung benötigt?
AR-Inspektionen in der Fertigung laufen typischerweise auf Tablet-Hardware. Die SuPAR-App ist für das iPad Pro konzipiert, das die für das CAD-Modell-Tracking und das AR-Overlay erforderliche Kameraqualität, Rechenleistung und Display-Qualität bietet. Headset-basierte AR ist ebenfalls in einigen industriellen Anwendungen verfügbar und ermöglicht einen freihändigen Betrieb. Die geeignete Hardware hängt von der Inspektionsaufgabe, der physischen Umgebung und den ergonomischen Anforderungen ab. CAD-Daten sind für die Inhaltsaufbereitung erforderlich, die in SuPAR Composer durchgeführt wird.
Kann Augmented Reality die Prüfzeit in der Fertigung verkürzen?
Die AR-Prüfung kann dazu beitragen, den Zeitaufwand für eine strukturierte Sichtprüfung zu reduzieren, indem Prüfhinweise direkt an dem zu überprüfenden Merkmal bereitgestellt werden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Anweisungen in einem separaten Dokument zu suchen, das richtige Merkmal zu identifizieren und die Ergebnisse manuell zu erfassen. Das Ausmaß der Zeitersparnis hängt von der Komplexität des Prüfprozesses, der Qualität der Prüfvorlage und davon ab, wie gut der AR-Arbeitsablauf an die spezifische Produktionsumgebung angepasst ist.
Benötigt SuPAR CAD-Daten für die AR-gestützte Inspektion?
Ja. Der AR-gestützte Inspektion-Workflow von SuPAR nutzt vorhandene CAD-Daten als digitale Referenz für Tracking, visuelle Überlagerung und Inspektionsvorbereitung. CAD-Modelle werden im SuPAR Composer aufbereitet und anschließend von der SuPAR App verwendet, um den visuellen CAD-zu-physisch-Vergleich in der Fertigung zu unterstützen. Wenn keine geeigneten CAD-Daten verfügbar sind, kann der CAD-basierte AR-Inspektions-Workflow von SuPAR nicht auf dieselbe Weise genutzt werden.
Welche Branchen treiben die Einführung von Augmented Reality in der Fertigung voran?
Die Automobilindustrie ist einer der Sektoren, in denen die AR-Inspektion aktiv eingesetzt wird, angesichts der Inspektionsvolumina, der komplexen Baugruppen und der anspruchsvollen Qualitätsstandards, die für Rohbau-, Antriebsstrang- und Endmontagevorgänge charakteristisch sind. Auch die Transport-, Luft- und Raumfahrt- sowie die Schwerindustrie setzen die AR-Inspektion für große und komplexe Baugruppen ein, bei denen Inspektionsanleitungen und Rückverfolgbarkeit von besonderer Bedeutung sind. Kunden wie Otokar haben die SuPAR App für die AR-gestützte Vorrichtungsprüfung und Montageüberprüfung in der Fahrzeugherstellung eingesetzt.
Wie unterstützt die Augmented-Reality-Prüfung die digitale Qualitätsdokumentation?
AR-Inspektion kann die digitale Qualitätsdokumentation unterstützen, indem sie Prüfberichte, Fotos, Anmerkungen und Ergebnisse während des Prüfprozesses erfasst. SuPAR unterstützt die digitale Berichterstattung in Formaten wie PDF, Word, Excel und 3D, sodass Inspektionsinformationen überprüft und mit relevanten Qualitätsteams geteilt werden können. Jede direkte Integration mit QMS-, ERP-, CAPA- oder anderen Unternehmenssystemen sollte separat gemäß den spezifischen Implementierungsanforderungen evaluiert werden.