Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Methodenentwicklung für die multimodale Inspektion (haptisch, visuell, auditiv) von Produktoberflächen als Beitrag zur fortschreitenden Digitalisierung

Die Inspektion räumlich entfernter Produktoberflächen ist sowohl für die Industrie, z. B. zur Qualitätssicherung entlang der Zulieferkette in weltweit stationierten Anlagen, als auch im Konsumgüterbereich, u. a. im Online-Handel, sowie für Menschen mit eingeschränkter Mobilität von Interesse. Textile Produkte und Konsumgüter, deren Produktoberflächen insbesondere durch berührungssensitive Eigenschaften gekennzeichnet sind, lassen sich über den Online-Handel nur eingeschränkt verkaufen. Der Käufer ist trotz aller Möglichkeiten einer virtuellen Produktdarstellung nicht in der Lage, die taktilen Eigenschaften zu bewerten. Das Ziel des Projektes besteht somit in der Entwicklung von anwendungsnahen Grundlagen für Werkzeuge zur multimodalen, insbesondere taktilen, Inspektion von Produktoberflächen für Kommunikationssysteme. Dazu werden Produktaktoren geschaffen, um die virtuelle Oberfläche (Textil, Papier, Holz, …) abzutasten und das „Frequenzbild“ der Oberflächenstruktur zu erfassen, so dass eine haptische Wahrnehmung nachgestellt und daraus taktile Eigenschaften durch Reizung der Sinnesorgane abgeleitet werden können. Zur Verbesserung der Wahrnehmung werden diese Daten durch auditive und visuelle Modalitäten erweitert, um eine multimodale Beschreibung von Produktoberflächen zu erzielen. Die Kenngrößen werden zur komprimierten Darstellung der Informationen kombiniert, mittels taktiler Aktoren umgewandelt und die Synchronität bei der Übertragung der Modalitäten gesichert. Dazu werden Anforderungen ermittelt, die sich aus den gewählten HMI-Geräten auf Nutzerseite und den erzielten Projektergebnissen zum Produktinterface ergeben. Die Ergebnisse zur digitalen haptischen Präsentation von Produktoberflächen bilden eine sehr gute Basis für die unternehmensinterne Kommunikation und zur weltweiten Zusammenarbeit entlang der Wertschöpfungskette. Sie stellen damit einen unmittelbaren, zeitnah erzielbaren Nutzen für einen branchenübergreifenden sehr großen Nutzerkreis von KMU dar.

Ergebniszusammenfassung:

Anwendungsnahe Grundlagen zur multimodalen Inspektion von Produktoberflächen für Kommunikationssysteme auf Basis einer vibrotaktilen Signalgebung wurden entwickelt. An 23 repräsentativen Textilmaterialien (Bekleidungs-, Automobil-, Heimtextilien) wurden textilphysikalische, akustische und optische Untersuchungen zur Beschreibung haptischer Kenngrößen durchgeführt. Eine für KMU praktikable Prüfmethode wurde erarbeitet, die die kinästhetischen Verhältnisse durch die kombinierte Wirkung von Biegung, Reibung, Kompression abbildet. Mit dem TSA-Gerät wurden zudem Rauheit und Weichheit bestimmt. Die Ergebnisse zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit der subjektiven Wahrnehmung. Die mit dem Bewegungssimulator aufgenommenen Frequenzspektren der Beschleunigungspegel sind Grundlage für die vibratorische Strukturerfassung, wobei insb. die Rauheit vibrotaktil abgebildet werden konnte. Für die multimodale digitale Interaktion ist es notwendig, die Textilstruktur so realitätsnah wie möglich zu präsentieren und gleichzeitig durch die Erfassung des Oberflächenprofils eine Information bereitzustellen, die die Zuordnung eines akustischen und vibratorischen Signals zur Fingerposition in z-Richtung beim „Berühren“ der Stoffprobe auf dem Wiedergabedisplay ermöglicht. Dazu wurden 2D- und 3D-Bilder in verschiedenen geometrischen Auflösungsstufen erstellt und zusammen mit den textilen, auditiven und haptischen Kennwerten in einer multimodalen Datenbank hinterlegt. Auf diese greift eine Physik-Engine zu, um die Daten in geeigneter Weise für die multimodale Wiedergabe zu kombinieren. Zudem wurde ein webbasiertes HMI für die multimodale Interaktion entwickelt. Die Ergebnisse werden final in einer Android App zur Video-, Audio- und Haptikausgabe auf einem Smartphone zusammengeführt. Die Projektergebnisse sind für die digitale Kommunikation innerhalb der Textilkette und auch im Endkonsumerbereich nutzbar. Bei letzterem wird eine Umweltentlastung durch reduzierte Retouren erwartet.