Augmented Reality als Schlüsseltechnologie ermöglicht fortschrittliche Szenarien innerhalb der Industrie 4.0 – aber nur, wenn die virtuellen Informationen genau ausgegeben werden. Möglich wird das durch neue Techniken zum exakten Tracken von Objekten und zur Skalierung von CAD-Daten, die am Fraunhofer IGD entwickelt wurden. Auf Grundlage dieser Basistechnologie bietet die Ausgründung Visionary GmbH nun ein marktreifes System an, mit der eine deutliche Produktivitätssteigerung bei Montage, Produktion und Qualitätssicherung möglich wird.

Anfang Juli ist es wieder so weit. Dann werden in Dortmund zehntausende Pokémon Go-Spieler aus ganz Europa zur Jagd auf die kleinen virtuellen Viecher erwartet. Dabei ist die im Westfalenpark auftretende Jägertruppe noch überschaubar, denn weltweit dürften in dieser (wie in jeder anderen) Woche wieder rund 28 Millionen Pokémon-Spieler unterwegs sein, um mit ihrem Smartphone animierte Monster in realen Umgebungen einzufangen. Doch allem Jagdfieber zum Trotz: Die meist jugendlichen Weidmänner und -frauen haben es recht einfach. Ein Blick auf das Display und sie sehen die reale Umgebung. In diese werden dann vereinzelt die zu jagenden Pokémons eingeblendet. Wer sich aber für derlei virtuelle Spielchen ein wenig zu erwachsen fühlt, der nutzt vielleicht »Ikea Place«, eine App mit der die neuen Möbel der Schweden via Augmented Reality schon mal an den gewünschten heimischen Ort sichtbar werden. Oder er setzt auf eine App von Porsche, mit der man virtuell um den Wagen herumgehen kann – fast so, als wäre man schon der Besitzer. Oder er probiert sich an architektonischen Herausforderungen mit diversen Bau-Apps, die ebenfalls mit den Möglichkeiten von Augmented Reality arbeiten.
Spielerische AR-Programme wie diese sind derzeit so etwas wie der »State of the Art« für Smartphones. Dabei ist das Prinzip vergleichsweise simpel: Kameraausrichtung und -bewegung und eine Bildverarbeitung. Dann wird ein Monster, ein Möbelstück oder der Porsche ohne echten Bezug zur Umgebung eingeblendet. Das mag zwar spaßig sein, auf die tatsächlichen und umfangreichen Anwendungen von Augmented Reality können Apps wie diese aber bestenfalls einen Vorgeschmack liefern.

Service-Lösung für AR-Technologien

Wer hingegen industrielle Anwendungen entwickeln will, muss gerade in puncto Tracking hochgenau arbeiten können – denn ein exaktes Bestimmen und Ausmessen des durch die Kamera Gesehenen ist Basis für alle AR-Entwicklungen bei Industrie 4.0. Schließlich ist es ein Unterschied, ob eine Polstergarnitur »da hinten im Eck« steht oder ein Maschinenteil mithilfe von AR im dreidimensionalen Raum exakt lokalisiert und bestimmt werden soll – beispielsweise, um eine einzelne Schraube zu fixieren, Schweißpunkte zu setzen oder schrittweise und exakt virtuelle Hinweise zu geben, um durch eine Wartung zu führen.
Forscher am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD arbeiten seit Jahren erfolgreich an einer speziellen und hochgenauen Tracking-Technologie. So machen sie das exakte Überlappen von virtuellen Gegenständen in einem realen Umfeld möglich. Die Forschungserfolge, die das Fraunhofer IGD dabei verzeichnet, lassen sich auch an einer Ausgründung messen, die gerade erst mit dem Fraunhofer Gründerpreis 2018 ausgezeichnet wurde. »Visometry« heißt das StartUp, an der die Fraunhofer Gesellschaft und der High-Tech Gründerfonds (HTGF) beteiligt sind.

Die AR-gestütze Wartungsanleitung verortet Spezialwissen und Arbeitsanleitung direkt an involvierten Objekten. Bild: Fraunhofer IGD

Hochpräzises Objekt-Tracking

Kernangebot des 2017 gegründeten Unternehmens ist ein Augmented Reality Tracking im industriellen Maßstab. Kunden wie BMW, Bosch, Daimler, Porsche oder Siemens ermöglicht Visiometry »präzises Multi-Objekt-Tracking in einem automatisierten Workflow von CAD zu AR«. Dafür bietet das Unternehmen ihre Tracking Library VisionLib auch als Software Development Kit an, durch das die ohnehin meist vorhandenen native CAD der Werkobjekte und die 3D-Daten in einem automatisierten Workflow zusammengeführt werden. Welche Vorteile das für die Industrie haben kann, erklärt Harald Wuest, CEO von Visiometry und einer der vier Gründer: »Am Fraunhofer IGD haben wir VisionLib über 10 Jahre hinweg für industrielle Zwecke entwickelt. Seit zwei Jahren bieten wir die Engine nun auch kommerziell an. Im Gegensatz zu vergleichbaren Produkten ist diese Engine in der Lage, Objekte auch unter problematischen Lichtbedingungen verlässlich und stabil zu erkennen.« Auch in lichtschwachen Umgebungen oder bei dynamischen Aktionen mit viel Bewegung arbeiten zu können, sei gerade im industriellen Umfeld grundlegend. Zudem: »Nur, wenn eine visuelle Bestimmung ausreichend zuverlässig und stabil arbeitet, kann der Planungsstand eines digital in CAD-entwickelten Bauteils mit dem realen Bauzustand verglichen werden«. Es wird also eine Art Soll-Ist-Vergleich möglich: Das »Idealbild« eines Objekts, wie es im Computer vorliegt, wird nun dreidimensional in, bzw. über die Realität projiziert. Nutzer erkennen also sofort, was im Gegensatz zum CAD-Modell fehlt, zu viel ist oder falsch montiert wurde. Zudem wird es nun einfach, zusätzliche virtuelle Hinweise zu einem real vorhandenen Objekt wie beispielsweise einem Motor exakt einzublenden – unabhängig davon, um welche Modellreihe es sich handelt. Sie müssen nur in Form entsprechender 3D CAD-Daten und digitaler Informationen hinterlegt sein. Dann können auf dem exakten Tracking aufbauende Programme schrittweise durch eine Inspektion oder Wartung führen.

Multi-Objekt-Erkennung

Eines jedoch kann das System noch nicht: Sich sozusagen »live« auf die jeweilige Situation neu einstellen. »Wenn beispielsweise illustriert werden soll, wie der Ölstand gemessen wird, dann würde das System zunächst dabei unterstützen, die Motorhaube zu öffnen und dann den Ölstab zu ziehen. Wird aber die Motorhaube nicht geöffnet, versucht das System vergebens, den Ölstab zu erkennen und kann nicht verstehen, wo das Problem liegt«, erklärt Wuest. Deshalb arbeiten die Ingenieure derzeit unter anderem an einer zuverlässigen Zustandserkennung. Zudem sollen Verfahren zur Qualitätssicherung, die heute stationär angeboten werden, in mobile AR-Systeme überführt werden. Damit würde dann auch ein Tracking mehrerer Objekte parallel ermöglich.

(jmu)

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