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DE10245649A1 - Support system for assembly of conceal parts using augmented reality technology to indicate orientation or position of component with acoustic and/or tactile output to operator - Google Patents

Support system for assembly of conceal parts using augmented reality technology to indicate orientation or position of component with acoustic and/or tactile output to operator Download PDF

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DE10245649A1
DE10245649A1 DE10245649A DE10245649A DE10245649A1 DE 10245649 A1 DE10245649 A1 DE 10245649A1 DE 10245649 A DE10245649 A DE 10245649A DE 10245649 A DE10245649 A DE 10245649A DE 10245649 A1 DE10245649 A1 DE 10245649A1
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Abstract

Determines three-dimensional position and orientation of components relative to each other and to direction of view of machine operator (500). Sensors (800,810, 820) provide virtual reality visual representation of part to be assembled (200) with additional sensory input, e.g. acoustic signal (1000) and/or tactile signals (310) to help guide component to assembly location (100).

Description

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Unterstützung bei Montageaufgaben, bei denen die Fügestelle verdeckt oder nicht einsehbar ist. Dabei wird die dreidimensionale Position und Orientierung der Bauteile zueinander, vorteilhafterweise auch die Blickrichtung des Betrachters, bestimmt. Mittels der Augmented Reality (AR) Technologie wird die Realität des Werkers dann mit zusätzlichen Sinneswahrnehmungen angereichtert, um das Fügen der Bauteile zu erleichtern. Beispielsweise könnte dem Wecker mittels einer Datenbrille statt des verdeckenden Bauteils eine halbtransparente Darstellung des verdeckenden Bauteils und eine Darstellung des zu fügenden, normalerweise verdeckten Bauteils eingeblendet werden. Die unterstützenden Sinneswahrnehmungen können den optischen Sinn, aber auch andere Sinne, wie den taktilen Sinn, oder eine Kombination verschiedener Sinneswahrnehmungen betreffen. So könnte der Wecker durch unterschiedliche Vibrationssignale eines Fügewerkzeug zur korrekten Fügestelle geleitet werden.The invention relates to a system and support procedures for assembly tasks where the joint is covered or not is visible. The three-dimensional position and orientation the components to each other, advantageously also the direction of view of the viewer. Using augmented reality (AR) technology becomes reality of the worker with additional Sensory perceptions enriched to facilitate the joining of the components. For example, the Alarm clock using data glasses instead of the concealing component a semi-transparent representation of the concealing component and a representation of the to be joined normally hidden component. The supportive Sensory perceptions can the optical sense, but also other senses, such as the tactile sense, or a combination of different senses. So could the alarm clock by different vibration signals of a joining tool to the correct joint be directed.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Augmented Reality Systeme bekannt. Diese erlauben die Überlagerung von Seheindrücken der realen Umgebung mit computergenerierten, virtuellen Informationen. Hierzu werden die Seheindrücke der realen Welt, vorzugsweise mit auf dem Kopf getragenen halbdurchlässigen Datenbrillen, mit virtuellen Informationen gemischt. Die Einblendung der virtuellen Informationen kann dabei kontextabhängig, d.h. angepasst und abgeleitet von der jeweilig betrachteten realen Umgebung ausgeführt sein. Als Informationen können grundsätzlich jede Art von Daten wie Texte, Abbildungen etc. verwendet werden. Ebenso wie die visuelle Informationsanreicherung, sind auch akustische und taktile Informationsanreicherungen möglich.So-called augmented are from the prior art Reality systems known. These allow the superimposition of visual impressions of the real environment with computer-generated, virtual information. For this, the visual impressions the real world, preferably with semi-transparent data glasses worn on the head, mixed with virtual information. The display of the virtual information can be context-dependent, i.e. adapted and derived from the respectively considered real Environment his. As information can in principle any kind of data such as text, images etc. can be used. Just like visual information enrichment, there are also acoustic ones and tactile information enrichment possible.

Dokumentierte Anwendungen der Technologie sehen einen Einsatz in der Produktion, im Service und in der Entwicklung komplexer Produkte vor. Auch ist der Einsatz der Technologie in der Produktion von Flugzeugen bekannt. Nach der Documented applications of the technology see a use in production, service and development complex products. The use of technology is also in the production of aircraft known. After

Druckschrift DE 198 32 974 A1 und DE 101 28 015 A1 ist der Einsatz von Augmented Reality Technologien in Produktionsumgebungen bekannt.pamphlet DE 198 32 974 A1 and DE 101 28 015 A1 is known to use augmented reality technologies in production environments.

1 zeigt den beispielhaften Systemaufbau eines AR-Systems nach dem Stand der Technik, wobei Position und Orientierung des verdeckenden Bauteils bekannt sind. Die montierende Person [500] beobachtet ein Anzeigegerät [700], vorteilhafterweise eine Head Mounted Display. Eine Sensorik [800] erfasst die Position und die Blickrichtung des Betrachters relativ zum verdeckenden Bauteil [400]. Das Rechnersystem kann daraufhin Arbeitsanweisunge [600] relativ zum verdeckenden Bauteil [400] auf dem Anzeigegerät [700] darstellen. Die Arbeitsanweisung kann zum Beispiel eine virtuelle Darstellung des zu fügenden Bauteils [200] an der Fügestelle sein. Die Anzeige der wirklichen Position des zu fügenden Bauteils ist nicht möglich. 1 shows the exemplary system structure of an AR system according to the prior art, the position and orientation of the concealing component are known. The assembler [ 500 ] watches a display device [ 700 ], advantageously a head mounted display. A sensor system [ 800] detects the position and the viewing direction of the viewer relative to the concealing component [ 400 ]. The computer system can then work instructions [ 600 ] relative to the concealing component [ 400 ] on the display device [ 700 ] represent. The work instruction can, for example, provide a virtual representation of the component to be joined [ 200 ] to be at the joint. It is not possible to display the actual position of the component to be joined.

Bekannte Anwendungen der Augmented Reality für den Bereich der Montage sehen die Anzeige eines Soll-Fügevorgangs oder einer Soll-Fügeposition vor. Machteilig an den bekannten Verfahren ist, dass Ist-Position und Ist-Orientierung des zu verbauenden Teils dem AR-System nicht bekannt sind. Es können Arbeitsschritte und die gewünschte Endposition des zu verbauenden Teils angezeigt werden, der Werken muss jedoch die wahre Position und Orientierung des zu verbauenden Teils selbst abschätzen. Die schwierige Abschätzung der Position und Orientierung des Teils erhöht den zeitlichen Montageaufwand. Bei empfindlichen Oberflächen, kann es zu Beschädigungen durch falsches Ansetzen kommen.Known applications of augmented Reality for the assembly area will see the display of a target joining process or a target joining position in front. Part of the known procedure is that the actual position and the actual orientation of the part to be installed does not match the AR system are known. It can Work steps and the desired one End position of the part to be installed are displayed, the factories however, the true position and orientation of the to be installed Partly estimate yourself. The difficult assessment the position and orientation of the part increases the time required for assembly. With sensitive surfaces, can cause damage come from wrong starting.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde dem Wecker Informationen über die Position und/oder Orientierung des zu fügenden Bauteils relativ zur Fügestelle zur Verfügung zu stellen.The invention is therefore the object based on the alarm clock information about the position and / or orientation of the to be added Component relative to the joint to disposal to deliver.

Beschreibung Endungdescription ending

Die zuvor hergeleitete und aus dem Stand der Technik hervorgehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dem Wecker eine virtuelle Repräsentation des zu fügenden, nicht sichtbaren Bauteils anzeigt und/oder Informationen über die relative Position und/oder Orientierung des Bauteils mittels akkustischer und/oder taktiler Signale anzeigt. Hierzu werden erfindungsgemäß Augmented Reality Technologien eingesetzt.The previously derived and from the State of the art object is achieved by the invention solved a procedure that gives the alarm clock a virtual representation of what component that is not visible and / or information about the relative position and / or orientation of the component by means of acoustic and / or displays tactile signals. For this purpose, augmentation is carried out according to the invention Reality technologies used.

2 zeigt einen vorteilhaften erfindungsgemäßen Systemaufbau und das erfindungsgemäße Verfahren. Position und Orientierung des verdeckenden Bauteils [400] sind bei dieser Beschreibung bekannt. Die montierende Person [500] beobachtet ein Anzeigegerät [700], vorteilhafterweise ein Head Mounted Display. Eine Sensorik [800] erfasst die Position und die Blickrichtung des Betrachters relativ zum verdeckenden Bauteil [400]. Das Rechnersystem kann daraufhin Arbeitsanweisungen [600] relativ zum verdeckenden Bauteil [400 ]auf dem Anzeigegerät [700] darstellen. Die Arbeitsanweisung kann zum Beispiel eine virtuelle Darstellung des zu fügenden Bauteils [200] an der Fügestelle sein. Eine Sensorik [810] für die Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines Manipulators [300,] vorteilhafterweise eines Fügewerkzeugs, liefert Daten an ein Rechnersystem [900]. Die Sensorik kann unterschiedlich realisiert werden. Es sind aus dem Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten zur Bestimmung von Position und Orientierung bekannt. Diese können auf der Auswertung unterschiedlicher physikalischer Größen beruhen. Eine vorteilhafte Realisierung der Erfassung von Position und Orientierung kann außerdem über die Auswertung von Daten einer Kamera [820] erfolgen, welche auf den sichtbaren Teil des Manipulators [300] gerichtet ist. Die Auswertung kann durch in der Kamera integrierte Bildverarbeitungsfunktionen und/oder durch das Rechnersystem [900] erfolgen. 2 shows an advantageous system structure according to the invention and the method according to the invention. Position and orientation of the concealing component [ 400] are known in this description. The assembler [ 500 ] watches a display device [ 700 ], advantageously a head mounted display. A sensor system [ 800 ] detects the position and the viewing direction of the viewer relative to the concealing component [ 400 ]. The computer system can then work instructions [ 600 ] relative to the concealing component [ 400 ] on the display device [ 700 ] represent. The work instruction can, for example, provide a virtual representation of the component to be joined [ 200 ] to be at the joint. A sensor system [ 810 ] for determining the position and / or orientation of a manipulator [ 300 ,] advantageously a joining tool, supplies data to a computer system [ 900 ]. The sensors can be implemented in different ways. Various possibilities for determining position and orientation are known from the prior art. These can be based on the evaluation of different physical quantities. An advantageous realization of the Position and orientation can also be recorded by evaluating data from a camera [ 820 ] which are on the visible part of the manipulator [ 300 ] is directed. The evaluation can be carried out by image processing functions integrated in the camera and / or by the computer system [ 900 ] respectively.

Das Rechnersystem kann dem Werken [500] mit den Daten über Position und/oder Orientierung des Manipulators [300) unterstützende Informationen zum Fügen zurückliefern. Das Rechnersystem [900] errechnet aus den Informationen der verschiedenen Sensoren [800, 810 bzw. [820] vorteilhafterweise eine visuelle Darstellung des zu fügenden Bauteils [200], welche hinsichtlich der perspektivischen Orientierung und Größe der perspektivischen Blickrichtung des Anwenders angepasst ist. Die Darstellung kann eine virtuelle Darstellung des Innenraums des verdeckenden Bauteils [400] beinhalten. Dadurch hat der Werker den visuellen Eindruck, dass die Vorderseite des verdeckenden Bauteils [400] weggeschnitten ist.The computer system can work [ 500 ] with the data on the position and / or orientation of the manipulator [ 300 ) return supporting information for joining. The computer system [ 900 ] calculated from the information from the various sensors [ 800 . 810 respectively. [ 820 ] advantageously a visual representation of the component to be joined [ 200 ], which is adapted to the perspective orientation and size of the perspective viewing direction of the user. The representation can be a virtual representation of the interior of the concealing component [ 400 ] include. This gives the worker the visual impression that the front of the concealing component [ 400 ] is cut away.

Bei einem weiteren, vorteilhaften Systemaufbau errechnet das Rechnersystem [900] aus den Informationen der Sensoren [810 und/oder 820] Signale, die dem Werker mittels eines Lautsprechers [1000], der akkustische Signale erzeugt, und/oder eines Aktors [310,] der taktile Signale, vorteilhafterweise am Manipulator, erzeugt, dabei helfen, das zu fügende Bauteil [200] an die Fügestelle [100] zu führen. Vorteilhafterweise werden dabei Bewegungen in die richtige Richtung durch positive Signale unterstützt, während Bewegungen in die falsche Richtung durch negative Signale angezeigt werden.In a further advantageous system structure, the computer system calculates [ 900 ] from the information from the sensors [ 810 and or 820 ] Signals sent to the worker by means of a loudspeaker [ 1000 ] that generates acoustic signals and / or an actuator [ 310 ,] which generates tactile signals, advantageously on the manipulator, to help the component to be joined [ 200 ] to the joint [ 100 ] respectively. Movements in the right direction are advantageously supported by positive signals, while movements in the wrong direction are indicated by negative signals.

100100
Fügestellejoint
200200
zu fügendes Bauteilto mating component
300300
Manipulator für zu fügendes Bauteil, vorteilhafterweisemanipulator for too mating Component, advantageously
Fügewerkzeugjoining tool
310310
Aktor zur Erzeugung taktiler Informationen, vorteilhafterweise inactuator for generating tactile information, advantageously in
Manipulator intergriertmanipulator intergriert
400400
verdeckendes Bauteil (Position und Orientierung bekannt)concealing Component (position and orientation known)
500500
Werkerimprovement
600600
virtuelle Arbeitsanweisung orientiert an Fügestellevirtual Work instructions based on the joint
610610
virtuelle Anzeige der Position des zu fügenden Bauteilsvirtual Display the position of the to be joined component
700700
Anzeigegerät, vorteilhafterweise Head Mounted DisplayDisplay device, advantageously Head mounted display
800800
Sensorik für die Blickrichtung und Position des Betrachterssensors for the Direction and position of the viewer
810810
Sensorik für die Position und Orientierung des Fügewerkzeugssensors for the Position and orientation of the joining tool
820820
Kamera, vorteilhafterweise mit integriertenCamera, advantageously with integrated
BildverarbeitungsfunktionenImage processing functions
900900
Rechnersystemcomputer system
10001000
Lautsprecherspeaker

Claims (14)

System und Verfahren zur Unterstützung bei der verdeckten oder nichteinsehbaren Montage mit Augmented Reality Technologien, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung und/oder Position des zu fügenden Bauteils relativ zur Fügestelle mit Augmented Reality Technologien angezeigt werden.System and method for support in the case of concealed or invisible assembly with augmented reality technologies, characterized in that the orientation and / or position of the component to be joined relative to the joint is displayed with augmented reality technologies. System und Verfahren zur Unterstützung bei der verdeckten oder nichteinsehbaren Montage mit Augmented Reality Technologien, dadurch gekennzeichnet, dass die montierende Person mit Augmented Reality Technologien Informationen darüber erhält, in welcher Richtung sich die Fügestelle befindet.System and procedure to assist with covert or invisible assembly with augmented reality technologies, thereby characterized that the assembler with augmented reality Technologies information about it gets in which direction the joint is located. System und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Orientierung und/oder Position des zu fügenden, verdeckten Bauteils mittels eines Head Mounted Displays angezeigt werden.System and method according to claim 1, characterized that the orientation and / or position of the hidden component to be joined be displayed using a head mounted display. System und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellung des verdeckten Bauteils hinsichtlich der perspektivischen Orientierung und Größe der perspektivischen Blickrichtung des Anwenders angepasst sind.System and method according to claim 1, characterized in that the representation of the hidden component in terms of perspective orientation and size of the perspective Viewing direction of the user are adjusted. System und Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellung eine virtuelle Darstellung des Innenraums des verdeckenden Bauteils [400] beinhaltet wodurch der Werker den visuellen Eindruck erhält, dass die Vorderseite des verdeckenden Bauteils [400] weggeschnitten ist.System and method according to claim 4, characterized in that the representation is a virtual representation of the interior of the concealing component [ 400 ] includes what the worker receives the visual impression that the front of the concealing component [ 400 ] is cut away. System und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Orientierungs- und/oder Positionsbestimmung des zu fügenden, verdeckten Bauteils mit einer Kamera und angeschlossenem Bildverarbeitungssystem realisiert wird.System and method according to claim 1, characterized in that orientation and / or position determination of the to be joined, concealed component with a camera and connected image processing system is realized. System und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Orientierungs- und/oder Positionsbestimmung des zu fügenden, verdeckten Bauteils mit einem magnetischem Feld realisiert wird.System and method according to claim 1, characterized in that orientation and / or position determination of the to be joined, hidden component is realized with a magnetic field. System und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Orientierungs- und/oder Positionsbestimmung des zu fügenden, verdeckten Bauteils mittels der Auswertung akkustischer Signale realisiert wird.System and method according to claim 1, characterized in that orientation and / or position determination of the to be joined, covered component realized by evaluating acoustic signals becomes. System und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuellen Informationen zwei- oder dreidimensional auf einem Monitor oder zwei- oder dreidimensional durch ein Head Mounted Display visualisiert werden.System and method according to claim 1, characterized in that the virtual information is two or three dimensional a monitor or two or three-dimensionally by a head mounted Display can be visualized. System und Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungsinformationen, der montierenden Person zwei- oder dreidimensional auf einem Monitor oder durch ein Head Mounted Display visualisiert werden.System and method according to claim 2, characterized in that the directional information, the mounting person two or in three dimensions on a monitor or through a head mounted display be visualized. System und Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungsinformationen der montierenden Person mittels akkustischer Signale vermittelt werden.System and method according to claim 2, characterized in that the directional information of the assembling person by means of acoustic signals are conveyed. System und Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungsinformationen der montierenden Person mittels taktiler Signale, vorteilhafterweise Vibrationen des Manipulators, vermittelt werden.System and method according to claim 2, characterized in that the directional information of the assembling person by means of tactile signals, advantageously vibrations of the manipulator, mediated. System und Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Bewegungen in die richtige Richtung durch positive Signale unterstützt, während Bewegungen in die falsche Richtung durch negative Signale angezeigt werden.System and method according to claim 11, characterized in that movements in the right direction through positive signals support while Movements in the wrong direction are indicated by negative signals become. System und Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Bewegungen in die richtige Richtung durch positive Signale unterstützt, während Bewegungen in die falsche Richtung durch negative Signale angezeigt werden.System and method according to claim 12, characterized in that movements in the right direction through positive signals support while Movements in the wrong direction are indicated by negative signals become.
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