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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Führen eines Werkers während einer Montage sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Stand der Technik
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Bei Montageprozessen, wie z.B. Schraubmontageprozessen an Handarbeitsplätzen, besteht oft die Anforderung, dass Schraubstellen in einer fest vordefinierten Reihenfolge (Arbeitsfolge) abgearbeitet werden müssen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Aggregate an einen Verbrennungsmotor in einer bestimmen Reihenfolge angebaut werden müssen. Auch kann durch die Einhaltung einer festgelegten Reihenfolge von Verschraubungen vermieden werden, dass am Werkstück Verspannungen auftreten. Beispiel hierfür ist die Zylinderkopfmontage an Reparaturarbeitsplätzen.
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Um das Einhalten der richtigen Reihenfolge zu erleichtern, können Werkerführungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann dem Werker die Position der nächsten Schraubstelle auf einem Monitor dargestellt werden. Hierfür muss der Werker jedoch den Blick vom Werkstück abwenden. Je nach Art und Größe der Darstellung auf dem Monitor fällt die Zuordnung der Schraubstelle auf dem Werkstück mehr oder weniger schwer und kann zu Fehlern bei der Abarbeitung der Arbeitsfolge führen.
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Ferner kann dem Werker innerhalb eines Arbeitsbereichs durch Beleuchtung dasjenige Bauteil angezeigt werden, dass als nächstes gemäß der Arbeitsfolge zu montieren ist.
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Auch kann die aktuelle Position des Schraubwerkzeuges bestimmt und das Schraubwerkzeug durch eine Schraubersteuerung gesperrt oder freigegeben werden, sofern es sich in der Sollposition befindet. Erst nach einer positionsabhängigen Freigabe kann der Werker das Werkzeug betreiben. Zur Positionsbestimmung können Ultraschallverfahren oder auch ein bildverarbeitendes System, z.B. mit einer Kamera, dienen.
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Jedoch erlauben diese Systeme nicht eine Kontrolle des Montagefortschritts durch Einhaltung der Arbeitsfolge durch den Werker. Somit kann es trotzdem zu Abweichungen bei der Abarbeitung der Arbeitsfolge kommen.
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Es ist daher wünschenswert, Wege aufzuzeigen, wie die Einhaltung der Arbeitsfolge durch den Werker verbessert werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Führen eines Werkers während einer Montage sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Zum Führen eines Werkers während einer Montage eines Werkstücks mit zumindest einem Arbeitsschritt wird in einem ersten Schritt eine Montagesituation des Werkstücks durch Aufnehmen von zumindest einem Montage-Bilddatensatz erfasst. In einem weiteren Schritt wird der Montage-Bilddatensatz ausgewertet, um den Arbeitsschritt zu bestimmten, der von dem Werker durchgeführt werden soll. Die Montageinformation wird in einem weiteren Schritt für den Werker betreffend den Arbeitsschritt erzeugt. In einem weiteren Schritt wird die Montageinformation für den Werker visualisiert. Somit kann erreicht werden, dass der Werker immer in Abhängigkeit von der aktuellen Montagesituation über den durchzuführenden Arbeitsschritt informiert wird.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Montagefortschritt in einem weiteren Schritt durch Aufnehmen zumindest eines Kontroll-Bilddatensatzes erfasst. In einem weiteren Schritt wird der Kontroll-Bilddatensatz ausgewertet, um einen Montagefortschritt gemäß dem Arbeitsschritt zu bestimmen. Ferner wird in einem weiteren Schritt eine Fehlerinformation erzeugt, wenn durch Auswertung des Kontroll-Bilddatensatzes eine Abweichung des Montagefortschritts von der Montageinformation erfasst wird. Somit wird durch Auswerten von Bilddatensätzen der als nächstes durchzuführende Arbeitsschritt bestimmt und zugleich durch Auswertung eines weiteren Bilddatensatzes kontrolliert, ob der Werker den Arbeitsschritt auch ausgeführt hat. Ist dies nicht der Fall, wird die Fehlerinformation erzeugt, woraufhin dann eine Korrektur der Montage veranlasst werden kann. Damit kann eine stetige Überprüfung des Montagefortschritts erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird auf die Fehlerinformation hin ein Werkzeug, das der Werker zur Durchführung des Arbeitsschritts verwendet, blockiert. Somit wird eine Fortsetzung einer fehlerhaften Montage aufgrund einer Abweichung von der Arbeitsfolge durch den Werker zuverlässig verhindert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird auf die Fehlerinformation hin eine Korrekturinformation für den Werker betreffend den Arbeitsschritt erzeugt und die Korrekturinformation dem Werker visualisiert. Somit wird der Werker unmittelbar auf die fehlerhafte Abweichung von der Arbeitsfolge aufmerksam gemacht und ihm zugleich angezeigt, wie die Montage korrekt gemäß der Arbeitsfolge fortzusetzen ist. Daher wird die benötige Zeit für die Suche nach einer fehlerhaften Abweichung von der Arbeitsfolge durch den Werker minimiert. Dies steigert die Effizienz bei der Fertigung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Montage-Bilddatensatz von einer von dem Werker mitgeführten, portablen Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI – Human-Maschine-Interface) mit einer Kamera aufgenommen und die Montageinformation für den Werker mit einer Anzeigeeinrichtung der portablen Mensch-Maschine-Schnittstelle visualisiert. Bei der Mensch-Maschine-Schnittstelle kann es sich z.B. um eine als Schutzbrille für Werker ausgebildete Brille handeln, die eine integrierte Kamera, z.B. einen CCD-Chip, und eine Projektionsvorrichtung zur Projektion von optischen Informationen auf die Brillengläser der Schutzbrille aufweist. Alternativ kann es sich bei der Mensch-Maschine-Schnittstelle auch um eine Baugruppe mit einer Kamera und einer Projektionsvorrichtung handeln, die an eine Brille, wie z.B. eine Schutzbrille, befestigt werden kann, wobei die Projektionsvorrichtung dann optische Informationen auf die Brillengläser projiziert. Somit befindet sich die Montageinformation unmittelbar im Blickfeld des Werkers. Der Werker muss nicht den Blick vom Werkstück abwenden. Alternativ zur Projektionsvorrichtung kann die Brille auch wenigstens ein transparentes Display als Glase bzw. Gläser aufweisen. Dadurch können dem Werker die durchzuführenden Arbeitsschritte besonders einfach visualisiert werden, z.B. farblich. Wenn beispielsweise der Werker auf ein zu verschraubendes Bauteil blickt, können die Schraubstellen farblich markiert werden, wobei z.B. eine grüne Schraubstelle zu bearbeiten ist und eine rote nicht. In vorteilhafter Weiterbildung kann auch das jeweils zu verwendende Werkzeug farblich in der Anzeigeeinrichtung markiert werden. Handelt es sich bei den Arbeitsschritten um Instandhaltungsschritte, können im Blickfeld befindliche Werkzeuge farblich in der Anzeigeeinrichtung markiert werden, beispielsweise in Abhängigkeit von ihrem Instandhaltungszustand (z.B. in Ampel-Form (Grün für alles in Ordnung, Gelb für "demnächst Wartung fällig", Rot für "defekt").
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Anzeigeeinrichtung zur 2D- und/oder 3D-Bilddatenwiedergabe ausgebildet. Dabei gibt eine 3D-Bilddatenwiedergabe die räumlichen Beziehungen zutreffend wieder. Eine 2D-Bilddatenwidergabe hingegen bietet den Vorteil, dass sie im Vergleich zu einer 3D-Bilddatenwiedergabe bei einem Werker weniger Unwohlsein und/oder Schwindelgefühle hervorrufen kann. Optional kann vorgesehen sein, dass der Werker aus der 3D-Bilddatenwiedergabe und der 2D-Bilddatenwiedergabe auswählen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Montage-Bilddatensatz von der portablen Mensch-Maschine-Schnittstelle zu einem Rechner übertragen, der den Montage-Bilddatensatz auswertet, um den Arbeitsschritt zu bestimmten, wobei der Rechner die Montageinformation erzeugt, und die Montageinformation von dem Rechner zu der portablen Mensch-Maschine-Schnittstelle übertragen werden. Somit kann ein leistungsfähiger Rechner dazu verwendet werden, die besonders rechnerkapazitätsintensive Auswertung des Montage-Bilddatensatzes durchzuführen. Daher kann die Mensch-Maschine-Schnittstelle besonders klein und kompakt ausgebildet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Kontroll-Bilddatensatz mit der Kamera der portablen Mensch-Maschine-Schnittstelle aufgenommen, der Kontroll-Bilddatensatz von der portablen Mensch-Maschine-Schnittstelle zu dem Rechner übertragen, wobei der Rechner den Kontroll-Bilddatensatz auswertet, um den Montagefortschritt gemäß dem Arbeitsschritt zu bestimmen, und der Rechner erzeugt die Fehlerinformation, wenn durch Auswertung des Kontroll-Bilddatensatzes eine Abweichung des Montagefortschritts von der Montageinformation erfasst wird. Somit kann ein leistungsfähiger Rechner dazu verwendet werden, auch die besonders rechnerkapazitätsintensive Auswertung des Kontroll-Bilddatensatzes durchzuführen.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. der genannte Rechner oder eine Steuereinheit der Mensch-Maschine-Schnittstelle, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt ein Montageszenario, bei dem ein Werker gemäß einem Ausführungsbeispiel während einer Montage eines Werkstücks geführt wird.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt ein Montageszenario, bei dem ein Werker (nicht dargestellt) während der Montage eines Werkstücks 6 unter Zuhilfenahme einer Mensch-Maschine-Schnittstelle 2, die mit einem Rechner 4 zum bidirektionalen Datenaustausch gekoppelt ist, geführt wird.
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Bei der Montage des Werkstücks 6 handelt es sich um das Einschrauben einer ersten Schraube 26a in eine erste Bohrung 24a des Werkstücks 6 in einem ersten Arbeitsschritt und das Einschrauben einer zweiten Schraube 26b in eine zweite Bohrung 24b des Werkstücks 6 in einem zweiten Arbeitsschritt unter Verwendung eines z.B. handgeführten Werkzeugs 8, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Schrauber, durch den Werker.
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Dabei ist die Einhaltung der Reihenfolge – zuerst Montage der ersten Schraube 26a in der ersten Bohrung 24a, dann Montage der zweiten Schraube 26b in der zweiten Bohrung 24b – erforderlich, damit Verspannungen an dem Werkstück 6 vermieden werden. Somit ist hier eine Arbeitsfolge gegeben, die von dem Werker einzuhalten ist.
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Zur Führung des Werkers während der Montage des Werkstücks 6 führt der Werker eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 mit sich, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine Schutzbrille 20 ausgebildet ist.
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Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Kamera 10, z.B. mit einem CCD-Chip, zum Erfassen einer Montagesituation des Werkstücks 6 durch Aufnehmen von einem Montage-Bilddatensatz MB und hier vorteilhaft zum Kontrollieren eines Montagefortschritts durch Aufnehmen von einem Kontroll-Bilddatensatz KB, eine Anzeigevorrichtung 12 mit zwei Projektionsvorrichtungen für jedes der beiden Brillengläser der als Schutzbrille 20 ausgebildeten Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 zum Visualisieren von einer Montageinformation MI und Korrekturinformation KI für den Werker, und eine Schnittstelle 14 zum bidirektionalen Datenaustausch mit dem Rechner 4, nämlich zur Übertragung des Montage-Bilddatensatzes MB und des Kontroll-Bilddatensatz KB von der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 zu dem Rechner 4 und zur Übertragung der Montageinformation MI und der Korrekturinformation KI von dem Rechner 4 zu der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2, auf. Dabei erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Übertragung drahtlos, z.B. mittels WLAN.
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Ferner weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 einen Lautsprecher 16, ein Mikrophon 22, einen Akku 18 zur Energieversorgung der genannten Komponenten der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 mit Betriebsenergie sowie einen Mikro-USB-Anschluss, z.B. zum Aufladen des Akkus 18 und/oder zum Übertragen von Daten, z.B. Firmware, auf. Mit dem Mikrophon 22 und dem Lautsprecher 16 ist eine Kontaktaufnahme mit anderen Mitarbeitern möglich, z.B. um Rücksprache bei Unklarheiten hinsichtlich des weiteren Vorgehens zu halten. Auch eine akustische Werkerführung und/oder Spracherkennung ist zweckmäßig.
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Der Rechner 4 weist ebenfalls eine Schnittstelle (nicht dargestellt) auf, mit der der Montage-Bilddatensatz MB, der Kontroll-Bilddatensatz KB, die Montageinformation MI und die Korrekturinformation KI von dem Rechner 4 zu der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 bzw. von der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 zu dem Rechner 4, im vorliegenden Ausführungsbeispiel drahtlos mittels WLAN, übertragen werden können.
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Der Rechner 4 weist ferner Hard- und/oder Softwarekomponenten auf, die dazu ausgebildet sind, den Montage-Bilddatensatz MB durch Bildauswertung auszuwerten, um den Arbeitsschritt zu bestimmten, der von dem Werker durchgeführt werden soll, die Montageinformation MI für den Werker betreffend den Arbeitsschritt zu erzeugen, und den Kontroll-Bilddatensatz KB auszuwerten, um einen Montagefortschritt gemäß dem Arbeitsschritt zu bestimmen.
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Des weiteren weist der Rechner 4 Hard- und/oder Softwarekomponenten auf, die dazu ausgebildet sind, eine Fehlerinformation F zu erzeugen, wenn durch Auswertung des Kontroll-Bilddatensatzes KB einen Abweichung des Montagefortschritts von der Montageinformation MI erfasst wird. Ferner sind die Hard- und Softwarekomponenten des Rechners 4 dazu ausgebildet, auf die Fehlerinformation F hin eine Korrekturinformation KI für den Werker betreffend den Arbeitsschritt erzeugen, die zu der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 übertragen wird.
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Über eine weitere Schnittstelle (nicht dargestellt) des Rechners 4 kann die Fehlerinformation F zu dem Werkzeug 8 übertragen werden, das ausgebildet ist, auf Empfang der Fehlerinformation F hin in seiner Funktion blockiert zu sein. Z.B. kann eine Energieversorgung eines Antriebsmotors des Werkzeugs 8 unterbrochen werden, wenn der Werker einen Einschraubvorgang mit dem Werkzeug 8 durchführen will. So kann verhindert werden, dass der der Werker die Montage durch Einschrauben einer weiteren Schraube 26a, 26b in eine der Bohrungen 24a, 24b fortsetzt.
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Im Betrieb werden in einem ersten Schritt mit der Kamera 10 ein Montage-Bilddatensatz MB von der Montagesituation aufgenommen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Anordnung des Werkstücks 6 und der ersten Schraube 26a und der zweiten Schraube 26b zur Erfassung der Montagesituation.
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In einem weiteren Schritt wird der Montage-Bilddatensatz MB von der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 über die Schnittstelle 14 zu dem Rechner 14 übertragen.
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In einem weiteren Schritt wertet der Rechner 4 den Montage-Bilddatensatz MB aus, um den Arbeitsschritt zu bestimmen, der von dem Werker durchgeführt werden soll. Dabei ergibt die Bildauswertung des in 1 dargestellten Szenarios, dass die erste Schraube 26a und die zweite Schraube 26b sich noch an ihren Ausgangspositionen befinden und die erste Bohrung 24a und die zweite Bohrung 24b nicht belegt sind. Somit ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der vom Werker durchzuführende Arbeitsschritt das Einschrauben der ersten Schraube 26 in die erste Bohrung 24a des Werkstücks 6.
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In einem weiteren Schritt erzeugt der Rechner 4 die Montageinformation MI für den Werker betreffend diesen Arbeitsschritt.
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In einem weiteren Schritt wird die Montageinformation MI über die Schnittstelle des Rechners 4 und die Schnittstelle 14 der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 zu der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 übertragen.
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In einem weiteren Schritt wird die Montageinformation MI für den Werker durch Projektion mittels der Anzeigeeinrichtung 12 auf die Brillengläser der als Schutzbrille 20 ausgebildeten Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 in das Sichtfeld des Werker eingeblendet.
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Hierbei überlagert sich die Montageinformation MI für den Werker mit dem Bild, das der Werker durch die Brillengläser sieht, sodass durch die Montageinformation MI, z.B. mittels eines projektzierten Pfeils, die erste Schraube 26a und/oder die erste Bohrung 24a gekennzeichnet sind, sodass dem Werker unmittelbar klar ist, das nun die erste Schraube 26a in die ersten Bohrung 24a einzuschrauben ist.
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Wenn eine weitere Bilddatenauswertung weiterer Bilddaten ergibt, dass sich die erste Schraube 26a nicht mehr an ihrer in 1 gezeigten Ausgangsposition befindet, sich also ein Veränderung im Vergleich zu dem zuerst aufgenommenen Montage-Bilddatensatz MB ergeben hat, wird in einem weiteren Schritt nun der Montagefortschritt durch Aufnehmen des Kontroll-Bilddatensatzes KB mit der Kamera 10 erfasst. Ein weiterer Schritt kann ebenso manuell vom Werker veranlasst werden, z,B. durch Betätigen einer entsprechenden Einrichtung, oder durch Beenden des aktuellen Schraubvorgangs.
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In einem weiteren optionalen Schritt wird der Kontroll-Bilddatensatzes KB von der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 über die Schnittstelle 14 zu dem Rechner 14 übertragen.
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In einem weiteren Schritt wertet der Rechner 4 den Kontroll-Bilddatensatz KB durch Bildauswertung aus, um einen Montagefortschritt gemäß dem Arbeitsschritt zu bestimmen. Wenn die erste Schraube 26a tatsächlich in die erste Bohrung 24a des Werkstücks eingeschraubt wurde, befindet sich die erste Schraube 26a nicht mehr an der in 1 gezeigten Position und die erste Bohrung 24a ist mit der ersten Schraube 26 a belegt. Wenn dies der Fall ist, erzeugt der Rechner 4 die weitere Montageinformation MI für den Werker betreffend einen weiteren Arbeitsschritt, bei dem die zweiten Schraube 26b in die zweite Bohrung 24b des Werkstücks 6 eingeschraubt werden soll.
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Diese Montageinformation MI wird ebenfalls über die Schnittstelle des Rechners 4 und die Schnittstelle 14 der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 zu der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 übertragen und den Werker durch Projektion mittels der Anzeigeeinrichtung 12 auf die Brillengläser der als Schutzbrille 20 ausgebildeten Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 in sein Sichtfeld eingeblendet.
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Ergibt jedoch die Auswertung durch den Rechner 4, dass der Werker fehlerhafterweise die ersten Schraube 26a in die zweite Bohrung 24b des Werkstücks 6 eingeschraubt hat, befindet sich die erste Schrauben 26a zwar ebenfalls nicht mehr an der in 1 gezeigten Position, aber nun ist die zweite Bohrung 24b mit der ersten Schraube 26 a belegt. Hieraufhin erzeugt der Rechner 4 eine Fehlerinformation F.
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Auf die Fehlerinformation F hin erzeugt der Rechner 4 eine Korrekturinformation KI für den Werker mit der Anweisung, die ersten Schraube 26a in die zweite Bohrung 24b des Werkstücks 6 zu entfernen und die ersten Schraube 26a in die erste Bohrung 24a einzuschrauben.
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In einem weiteren Schritt wird die Korrekturinformation KI über die Schnittstelle des Rechners 4 und die Schnittstelle 14 der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 zu der Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 übertragen.
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In einem weiteren Schritt wird die Korrekturinformation KI für den Werker durch Projektion mittels der Anzeigeeinrichtung 12 auf die Brillengläser der als Schutzbrille 20 ausgebildeten Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 in das Sichtfeld des Werker eingeblendet.
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Hierbei überlagert sich die Korrekturinformation MI für den Werker mit dem Bild, das der Werker durch die Brillengläser sieht, sodass durch die Korrekturinformation KI z.B. mittels projizierter Pfeile die erste Schraube 26a und/oder die erste Bohrung 24a und/oder die zweite Bohrung 24b gekennzeichnet sind, sodass dem Werker unmittelbar klar ist, dann er die erste Schraube 26a aus der zweiten Bohrung 24b zu entfernen und in die ersten Bohrung 24a einzuschrauben hat.
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Ferner kann der Rechner 4 auf die Fehlerinformation F das Werkzeug 8 blockieren, sodass eine Montage z.B. der zweiten Schraube 26b nicht möglich ist, sondern z.B. nur ein Betrieb des Werkzeugs 8, um die erste Schraube 26a aus der zweiten Bohrung 24b zu entfernen.
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Somit wird die Einhaltung der Arbeitsfolge durch den Werker verbessert.