Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
© Fraunhofer IPT
Forschungsprojekt »VITAMINE_5G«
Virtuell-Reality-Umgebung zur virtuellen Prozessüberwachung
Das Ziel des Forschungsprojekts »VITAMINE_5G – Virtual reality environment for Additive Manufacturing enabled by 5G« ist, die Fertigung sicherer, transparenter und besser steuerbar zu machen. Dazu errichtet das Projektteam eine digitale Virtual-Reality-Umgebung, in der die Maschinenbediener ein realitätsgetreues Prozessabbild betrachten können. Als Beispielanwendung haben wir das additive Fertigungsverfahren »Laserauftragschweißen mit Draht«, kurz LMD-w, gewählt.
LMD-w-Prozess lässt sich bisher nur schlecht überwachen und steuern
Bisher können Maschinennutzer nur schlecht überwachen, was beim LMD-w im Inneren der Maschine geschieht. Aufgrund der Laserstrahlung und gesundheitsschädlicher Rauchgas- und Partikelemissionen sind strenge Sicherheitsmaßnahmen nötig, etwa Sicherheitswände mit sehr kleinen, dunkel getönten Fenstern.
Diese Sicherheitsmaßnahmen haben zur Folge, dass die Maschinennutzer den Fertigungsprozess nur schlecht überwachen können; ein Eingreifen in den laufenden Prozess ist unmöglich. Tritt ein Fertigungsfehler auf, kann dieser immer erst im Nachhinein identifiziert werden. Diese rückwirkende Betrachtung gestaltet es schwierig zu analysieren, warum und wo genau der Fehler entstanden ist und wie er sich künftig vermeiden lässt. In der Folge ist die Ausschussrate bei mittels LMD-w gefertigten Bauteilen recht hoch, sodass die Technologie trotz ihrer zahlreichen Vorzüge für die industrielle Praxis nicht sehr attraktiv ist.
Aufbereitete Prozessdaten werden an VR-Brille übertragen
Die Forscherinnen und Forscher definieren zunächst gemeinsam mit den Projektpartnern die benötigte Sensorik und integrieren diese in der Roboterzelle. Während der Fertigung nehmen die Sensoren permanent Prozessdaten auf. Diese Daten werden in der Fraunhofer Cloud gespeichert, aufbereitet, benutzerfreundlich visualisiert und an eine Virtual Reality (VR)-Umgebung übertragen, die ebenfalls im Rahmen des Projekts errichtet wird. Über eine VR-Brille können die Forscherinnen und Forscher den Prozess in nahezu Echtzeit beobachten und überwachen.
5G-Infrastruktur erlaubt virtuelle Prozessüberwachung in nahezu Echtzeit
Bei der Aufnahme und Verarbeitung der Prozessdaten fallen riesige Datenmengen an. Die Datenübertragung über herkömmliche digitale Infrastrukturen wäre für eine Echtzeit-Prozessüberwachung viel zu langsam. Für die Übertragung und Verarbeitung der enormen Datenmengen nutzen die Forscherinnen und Forscher daher die am Aachener RWTH-Campus vorhandene 5G-Technologie. Die 5G- und Cloudtechnologien sorgen dafür, dass die Maschinennutzer für die virtuelle Prozessüberwachung nicht einmal physisch in der Nähe der LMD-w-Anlage sein müssen: Das Konzept sieht vor, dass die Überwachung auch aus größerer Entfernung – etwa aus dem Büro – möglich sein soll.
In der letzten Phase des Forschungsprojekts validiert das Projektteam die erarbeiteten Lösungen anhand verschiedener realer Einsatzszenarien in der Roboterzelle des Fraunhofer IPT.
Verbesserte Prozessüberwachung ebnet den Weg für die industrielle Serienfertigung
Die Ergebnisse des Forschungsprojekts werden die Prozessüberwachung beim LMD-w deutlich verbessern. Durch die mittels Datenakquise gewonnen neuen Erkenntnisse über die Prozesse steigt die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, und die Produktion wird resilienter. Das ebnet den Weg für eine industrielle Serienproduktion mittels LMD-w auf höchstem Standard. Die Projektergebnisse können Unternehmen zudem dabei helfen, VR-Anwendungen sowie die 5G-Technologie in die eigenen Produktionsabläufe zu integrieren.
Perspektivisch dienen die Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt » VITAMINE_5G« als Basis, um an interaktiven Lösungen zu forschen. Geplant sind Forschungsarbeiten zu Lösungen, damit die Maschinenbediener künftig während des Prozesses mit der Maschine interagieren können. So können sie im Falle eines Fehlers eingreifen, bevor das Bauteil unbrauchbar ist.
Projektpartner
- Fraunhofer IPT, Aachen (Koordination)
- ModuleWorks GmbH, Aachen
- BCT Steuerungs- und DV- Systeme GmbH, Dortmund
- Camaix GmbH, Eschweiler
- Dropslab Technologies GmbH, Aachen
- Visual Computing Institute, RWTH Aachen University, Aachen
- Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn, Paderborn
Förderung
Das Forschungsprojekt »VITAMINE_5G – Virtual reality environment for Additive Manufacturing enabled by 5G« wird durch das Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie (MWIKE) des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen des Förderwettbewerbs 5G.NRW gefördert.
Projektträger
Projektträger Jülich
Publikationen aus diesem Projekt
| Jahr Year | Titel/Autor:in Title/Author | Publikationstyp Publication Type |
|---|---|---|
| 2024 | Virtual Reality as a Tool for Monitoring Additive Manufacturing Processes via Digital Shadows Rupp, Daniel; Kuhlen, Torsten W.; Rarbach, Sven; Wiechel, Dominik; Pottebaum, Jens; Weidemann, Tizia; Tran, Duc Thanh; Day, Robin; Zielinski, Jonas; Koenig, Valentina; Bremer, Jan; Kosche, Thomas; Grimm, Andreas; Bergs, Thomas; Weissker, Tim; Graessler, Iris |
Konferenzbeitrag Conference Paper |
| 2022 | VITAMINE_5G. VIrtual realiTy environment for Additive ManufacturINg Enabled by 5G Weidemann, Tizia; Gräfe, Stefan; Erbil, Emre |
Poster |
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica
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