Optisch-parametrische Bauteilreferenzierung für die Vorfertigung von Holztafelelementen

Mittelständische Holzbauunternehmen wenden im Geschossbau häufig eine Holztafelbauweise an. Diese basiert auf Vorfertigung, große (automatisierte) Fertigungsanlagen und Maschinenparks sind dafür prinzipiell nicht notwendig. Am Markt existieren jedoch Unternehmen, die einen starken Preisdruck erzeugen können, indem die Fertigung automatisiert in Portalbearbeitungsmaschinen stattfindet. Ein solches Großgerät erzeugt erhebliche Investitionskosten, die für Mittelständler nicht zu bewältigen sind.

Aufgrund der vielschichtigen Anforderungen (Statik, Wärmeschutz, Schallschutz, etc.) weist die Holztafelbauweise eine hohe Komplexität des Gesamtaufbaus und der einzelnen Elemente auf. Das führt zu einem erheblichen Fertigungsaufwand, der in einem gesicherten Fertigungsprozess umgesetzt werden muss.

OptiPaRef zielt darauf ab, Fertigungseffizienz und Prozesssicherheit in der handwerklichen Herstellung von Holzrahmenbauelementen zu erhöhen. Die Kernidee des Projekts ist, den Zimmerleuten die ohnehin erzeugten, dreidimensionalen Planungsdaten direkt in der Werkhalle schrittweise und kontextsensitiv zur Verfügung zu stellen. FLEX entwickelt dafür eine Methodik zur holographischen Darstellung komplexer Fertigungsinformationen an einzelne Bauteile. Augmented-Reality-Brillen bilden hier das Werkzeug zur Verlängerung der digitalen Informationskette von der Werkplanung bis zur Fertigung. Das zu entwickelnde Assistenzsystem soll die notwendigen Fertigungsinformationen ohne Mehraufwand direkt ins Sichtfeld des Zimmerers projizieren. Gleichzeitig soll die Qualitätssicherung in der Fertigung deutlich vereinfacht und nachvollziehbarer gestaltet werden.

Keywords: Holzbau, Nachhaltigkeit, Augmented-Reality, CAD, 3D-Modell, Optimierung, Qualitätsmanagement, Parametrik, HoloLens2, Bauteilreferenzierung

Digitale Planung und manuelle Vorfertigung

Die Werksplanung zur Herstellung von Holztafelelementen findet digital mit Hilfe spezieller Holzbausoftware statt. Diese Softwarepakete sind in der Lage Daten für Abbundzentren, bzw. deren Maschinen, und Pläne für die Montage der Tafelelemente zu erzeugen. So werden bei mittelständischen Unternehmen teilweise aus auf Maß abgebundenen Bauteilen, sowie aus Halbzeugen wie Holzwerkstoffplatten die Elemente in einem manuellen Prozess gefügt. Die Informationen der digitalen Planung werden in den Konstruktionsplänen hinterlegt und werden aus diesen „analog“ übernommen, angerissen und überprüft.

Aufgaben von FLEX im Forschungsprojekt

FLEX analysiert in diesem Forschungsprojekt die Arbeitsweise des Projektpartners Holzbau Lepski und entwickelt Tools um die digitale Kette in den Fertigungsprozess hinein zu verlängern.

Die zur Anwendung kommende Hololens 2 liefert die Basis zur Entwicklung von AR-Werkzeugen um einerseits die digitalen Daten den Zimmerleuten bei der Fertigung der Tafeln direkt und intuitiv zur Verfügung zu stellen, Messwerkzeugen die per Fingerzeig Abstände und Winkel ermitteln können und Protokollierung der Fertigung effizienter und ebenfalls papierlos ermöglichen. Andererseits werden Methoden Entwickelt um die Maßhaltigkeit, Orientierung und Lokalisierung des Arbeitenden und seiner Umgebung zu sichern.