Die Mobilfunktechnologie 5G bietet hohe Übertragungsraten und geringe Latenzen. Dies ermöglicht eine schnellere Verarbeitung von Daten und damit auch ein schnelleres Eingreifen in den laufenden Produktionsprozess bei gleichzeitiger Gewährleistung der Mobilität.
Bereits heute nutzen viele Unternehmen Bildverarbeitungssysteme, die vernetzt in den kompletten Fertigungsprozess eingebunden sind, um frühzeitig Qualitätsmerkmale zu überprüfen. Integrierte Messsysteme, die Maschinendaten prozessnah aufnehmen und an Steuereinheiten weiterleiten, können frühzeitig Maschinenabweichungen erkennen, den Überblick über die gesamte Prozesskette sicherstellen und ineffektive Fertigungen optimieren. Mit 5G könnten zukünftig Systeme effektiver genutzt werden und einen neuen Standard in der Produktion bilden.
3D-Lichtschnittsensor mit 5G
Das Fraunhofer IPT erforscht in diversen Projekten Anwendungsszenarien der 5G Mobilfunktechnologie, auch in den Bereichen Bildverarbeitung und Messtechnik. Im neu errichteten Forschungsnetz 5G-Industry Campus Europe auf dem Campus Melaten der RWTH Aachen beschäftigt sich ein Anwendungsfall mit einem 3D-Lichtschnittsensor, der mithilfe von 5G aufgenommene Daten kabellos an einen Auswerterechner schickt. Ziel der Anwendung ist die 3D-Digitalisierung von verschiedenen Objekten zur Bestimmung der Bauteilgeometrien und Oberflächenstrukturen. Für ein 3D-Abbild des Objektes wird die Oberfläche entlang einzelner Linien (Lichtschnitte) auf einer Oberfläche gemessen. Dabei muss der Sensor oder das Objekt bewegt werden. Um aus den einzelnen Lichtschnitten ein 3D-Abbild ermitteln zu können, müssen die räumliche Position und Lage der einzelnen gemessenen Lichtschnitte bekannt sein. Derzeitige Sensoren sind kabelgebunden, um eine schnelle und stabile Übertragung der Sensordaten sicherzustellen. Das Fraunhofer IPT entwickelt hierfür eine kabellose Lösung, die Sensordaten mittels 5G mit geringer Latenz an eine Recheneinheit übermittelt, sodass möglichst geringe Abweichungen im digitalen 3D-Abbild der Oberfläche entstehen. Dies ermöglicht einen flexibleren Einsatz bei der Messung des Objektes. So kann der Sensor sowohl von einem Anwender per Hand, als auch von Robotern automatisiert über das Objekt geführt werden. Der Sensor kann ohne eine spezielle Kabelführung rund um das Objekt bewegt und ohne spezielle Steckvorrichtungen gegen andere Sensoren oder Werkzeuge gewechselt werden. Des Weiteren ist der automatisierte Einsatz in Werkzeugmaschinen möglich, sodass Messung und Bearbeitung in einer Aufspannung erfolgen können. Hierdurch können Wiederholspannfehler vermieden und Rüstzeiten drastisch verkürzt werden. Zudem lassen sich komplexe Bearbeitungen von gegossenen oder additiv gefertigten Bauteilen deutlich vereinfachen, für die wegen des unklaren Aufmaßes ansonsten Luftschnitte in Kauf genommen werden müssen.
Zahlreiche Einsatzgebiete
In einem Kooperationsansatz von Wissenschaftlern aus Wirtschaft und Wissenschaft werden in einem Projekt des Forschungscampus der Digitalen Photonischen Produktion (DPP) Zukunftslösungen und Anwendungen im Bereich der Herstellung beliebiger Bauteile mittels Laserstrahlung untersucht. Das Fraunhofer IPT befasst sich hierbei mit der Fragestellung, wie 5G digitale photonische Prozessketten effizienter werden lässt. Konkret werden im Rahmen des Projektes Studien und Use Case Screenings zu Potenzialen der photonischen Produktion durchgeführt, Implementierungsszenarien herausgearbeitet und Pilotanwendungen umgesetzt. Die erarbeiteten Studien zur Identifizierung von Anwendungen für 5G sollen auch in anderen Bereichen der produzierenden Industrie eingesetzt werden. 5G biete aber auch für viele weitere Bereiche neue Möglichkeiten: Beispielsweise im Gesundheitswesen, wo Bildarchivierungs- und Kommunikationssysteme im Fokus stehen und damit eine zuverlässige und schnelle Übermittlung teils sehr großer Datenmengen wichtig ist. Eine Zusammenführung von 5G-Netzwerken, Big-Data-Analyse und KI kann Analysemodelle automatisieren und damit Zeit- und Arbeitsaufwand deutlich minimieren. Mit 5G wären kontinuierliche Fernüberwachungen und -diagnosen möglich, z.B. von 5G-Wärmebildgebungen um die Körpertemperatur in Echtzeit, kontaktlos zu überwachen. Ein anderes Beispiel findet sich im Automobil- und Verkehrssektor. Neben dem Aspekt, dass 5G die technischen Voraussetzungen erfüllt, um automatisiertes Fahren zu verwirklichen, bietet es auch weitergehend Sicherheit für den Straßenverkehr in Form echtzeitfähiger Analysen von Videoaufnahmen. In der Verkehrsüberwachung könnte 5G aufgrund der geringen Latenzzeiten und der hohen Datenübertragungsmöglichkeit eine Echtzeitanalyse der gegenwärtigen Verkehrssituation gewährleisten und so intelligente Verkehrslenkung initiieren. In der industriellen Bildverarbeitung verspricht 5G reduzierte Installationsaufwände, da aufwändige und z.T. verschleißanfällige Verkabelungen von Kameras entfallen können.
