Visuelle Assistenz und optische Prüfung in der Schaltschrankmontage

Die Montagetätigkeit von Baugruppen an Schaltschränken ist eine sehr verantwortungsvolle Aufgabe, weil falsche Konfigurationen zu Fehlfunktionen führen, die entweder im Verdrahtungsprozess oder sogar erst beim späteren Einsatz in einer technischen Anlage erkannt werden.

Am Fraunhofer Vision-Stand bei der Messe Control wird ein vom Fraunhofer IFF entwickeltes Assistenzsystem vorgestellt, das den Bediener beim manuellen Aufbau der Schaltschrank-Montageplatten unterstützt, Fehler vermeidet und die Nutzung aktueller Daten sicherstellt.

Besucher am Messestand sind dazu eingeladen, selbst Baugruppen an einem Schaltschrank zu montieren. Dabei werden sie durch das optische Assistenzsystem unterstützt und angeleitet.

Bei der Montage von Schaltschrank-Montageplatten werden von digitalen Kameras aufgenommene Bilddaten und von 3D-Sensoren erfasste 3D-Punktwolken als Sensorsignal genutzt. Durch einen modellbasierten Lösungsansatz, der digitale Geometrie- und physikalische Funktionsmodelle aller interagierender Komponenten nutzt, wird eine große Flexibilität erreicht.

 

Zunächst wird auf Basis der 3D-CAD-Modelle von Schaltschränken eine Montagereihenfolge definiert. Mehrere fest installierte, auf den Arbeitsplatz des Bedieners ausgerichtete Kameras erzeugen eine Live-Darstellung der Montage. Der Bediener erhält auf zwei Touch-Screens eine Ansicht der 3D-CAD-Daten des zu montierenden Aufbaus und der geforderten Montagereihenfolge. Über Live-Bilder der Kamera werden in Echtzeit für jeden Arbeitsschritt die 3D-CAD-Daten in der korrekten Lage und Ausrichtung an der vorgesehenen Position überblendet. Die Bauteile können nun vom Bediener so positioniert und fixiert werden, dass sie mit der auf dem Bildschirm vor ihm dargestellten Überlagerung übereinstimmen. Auch Verwechslungen von Teilen können ausgeschlossen werden, da gleichzeitig die Betriebsmittelkennzeichnungen (BMKs) visualisiert werden.

Eine mögliche Systemerweiterung ist die optische Inspektion der Montage. Durch die Live-Auswertung der Kamerabilder der montierten Bauteile ist ein unmittelbares Feedback hinsichtlich eines Fehlers möglich. Referenz hierfür sind die CAD-Modelle der aktuell zu montierenden Bauteile, deren Abbildung in den Kameras per Simulation als Soll-Daten erzeugt werden. Durch den automatischen Vergleich der (idealen) Soll-Daten mit den realen Ist-Daten des Aufbaus wird bei Abweichungen sofort ein Fehler ausgegeben; wurde ein Arbeitsschritt erfolgreich abgeschlossen, bestätigt der Bediener dies und das System schaltet zum nächsten Schritt.

Assistenzsystem zur Unterstützung des Werkers bei der Montage von Schalttafeln
© Fraunhofer IFF

Assistenzsystem zur Unterstützung des Werkers bei der Montage von Schalttafeln

Systeme zur Unterstützung manueller Montageprozesse mit einer assistierenden Funktionalität bei der eigentlichen Durchführung der manuellen Tätigkeit sowie eine objektive Qualitätsprüfung des Montageergebnisses ermöglichen so signifikant stabilere und sichere Prozesse.

Durch die Dokumentation von neuen Anforderungen an das herzustellende Produkt in Form von Änderungen am zugrundeliegenden 3D-CAD-Modell wird zudem eine hohe Flexibilität gewährleistet, denn Änderungen am CAD-Modell führen automatisch zu einer Adaption des Prüfprozesses. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Einlernen von Soll-Zuständen, wie bei Assistenzsystemen und Prüftechnologien in Massenfertigungen oft üblich, nicht mehr erforderlich ist und die Assistenz- und Prüftechnologien damit auch bei geringen Losgrößen wirtschaftlich eingesetzt werden können.

Ihren Beitrag für die „Arbeitswelten der Zukunft“ leisten die digitalen, modellbasierten Assistenzsysteme, indem die jeweilige spezifische Expertise der Fachkräfte für fehlerfreie und sichere Arbeitsprozesse wirksam erschlossen und verfügbar gemacht werden soll. Zukünftige Assistenzsysteme sollen an die individuelle Entwicklung, Fähigkeiten und Bedürfnisse seines Bedieners anpassbar sein. Dies ließe sich beispielsweise über einen veränderlichen Detailgrad der zur Verfügung gestellten Assistenzinformationen realisieren, je nach Unterstützungsbedarf und Belastbarkeit des einzelnen Werkers.  

Assistenzsystem zur Unterstützung bei der Montage von Schalttafeln
© Fraunhofer IFF

Assistenzsystem zur Unterstützung des Werkers bei der Montage von Schalttafeln – Detailansicht