Produktionssysteme

Virtuelle Post-its dokumentieren Instandhaltung

Wo immer viel mit 3D-Daten gearbeitet wird, haben Augmented-Reality-Applikationen eine besondere Relevanz. So kann etwa das Video einer Reparatur fester Bestandteil der Anlagendokumentation werden, wenn es virtuell an das betroffene Teil angehängt wird. Smartphones und Touchpads haben derartigen Anwendungen eine ganz neue Dynamik verliehen, denn die inzwischen weit verbreiteten Geräte setzen die Hemmschwelle herab, neuartige Technologien zu nutzen.

„Smartphones und Touchpad-Systeme bilden eigentlich ideale Augmented-Reality-Plattformen“, weiß Dr. Ulrich Bockholt, Leiter der Abteilung ‚Virtuelle und Erweiterte Realität‘ am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung (IGD) in Darmstadt, „und sie werden von vielen Leuten gerne genutzt.“ Seit sie vor zwei Jahren auf den Markt kamen, haben die Geräte endlich auch im beruflichen Umfeld vielen AR-Anwendungen zum Durchbruch verholfen: etwa bei Soll-Ist-Abgleichen, der Dokumentation von Wartungs- und Reparaturarbeiten von Industrieanlagen und Gebäuden, Telekonsultationen oder dem ganz normalen Anlagenbetrieb. „Neben sehr leistungsfähigen Prozessoren beinhalten die Systeme auch die für die Augmented Reality benötigte Sensorik“, begründet der Fraunhofer-Forscher seine Meinung. Die wichtigste Komponente sei hierbei die Kamera, aber auch GPS-Sensoren, Inertial- oder Kompasssensoren werden genutzt.

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Neben diesen mobilen Systemen sieht Bockholt die Informationsstruktur als den zweiten, wichtigen Trend, der den IT-Sektor derzeit voranbringt. „Immer mehr Information wird geo-referenziert verwaltet und lokal verankert: Beispiel Google-Maps im 2D-Bereich“, so Bockholt. „Das ist auch in der dritten Dimension möglich, bringt aber einige zusätzliche Anforderungen mit sich.“ Hier reicht es nicht, die 2D-Position auf der Landkarte zu bestimmen, sondern die ins Smartphone integrierte Kamera muss auch erfassen, wo der Nutzer gerade hinschaut und was er dort sieht. „Hier bedienen wir uns der Computervision – also der Interpretation von Kamerabildern, um ihnen zusätzliche Information zu entziehen“, erklärt Bockholt. „Mit dieser Kerntechnologie kann man im Bildraum Informationen zusammenfügen; sprich etwa sehr exakt das Bild einer Hausfassade, das mein Phone gerade aufnimmt, mit zusätzlichen Informationen überlagern.“

Wer eigene Anwendungen mit AR etablieren will, muss eigentlich nicht viel tun, solange er etwa über 3D-Datensätze verfügt. „Wir haben eine Lösung, die ad hoc installiert werden kann“, sagt der Darmstädter Forscher. Vertrieben und ausführlich dokumentiert wird die Basissoftware in dem Internetportal ‚Instant Reality‘. Doch wie einfach sich eine Idee umsetzen lässt, hängt ganz stark von den Rahmenbedingungen ab und bedingt, wie viel Aufwand in eine stabile Tracking-Technologie gesteckt werden muss − also wie Daten über den Verlauf und die Bewegung eines Objektes gesammelt werden, um Information exakt und lagerichtig im Kamerabild platzieren zu können.

Um real einsetzbar zu sein, müssen moderne Trackingtechnologien markerlos funktionieren. Bockholt schildert: „Man kann etwa ein CAD-Modell einer Umgebung nutzen, mit dessen Hilfe die Blickrichtung abgeglichen werden kann. Oder man kann zur Initialisierung mit der Kamera ein Bild des Gebäudes oder der Anlage aufnehmen und darüber ein Referenzmodell für das Tracking aufbauen.“ Hier bestehe noch am meisten Arbeitsbedarf, da die spezifischen Anforderungen bei jedem Anwendungsfall geprüft werden müssen. Der Aufwand, eine stabile Tracking-Technologie hinzubekommen, ist bei dynamischen Anwendungen deutlich höher; wenn etwa ein bewegtes Objekt oder ein Gebäude mit viel Verkehr im direkten Umfeld oder stetig wechselnden Lichtverhältnissen erfasst werden muss. „Für diese Lösungen bietet es sich an, mit uns in Kontakt zu treten und abklären zu lassen, wie das Tracking-Problem gelöst werden kann“, rät der AR-Experte, denn sein Team hat schon mit vielen Projekten Erfahrung gesammelt. „Wir haben die Anwendung bei der Flugzeugwartung mit EADS evaluiert, mit Rittal im Kontext Maschinenbau und der HDW-Werft im Schiffsbaubereich.“ Bei letzterem gewährleisten AR-Anwendungen beispielsweise, dass alle auf der gleichen Datenbasis arbeiten, denn „jedes Schiff ist eine Individualfertigung, bei der Planung und Fertigung parallel laufen“. Das Tracking ist dabei anspruchsvoll, denn durch den Baufortschritt kann sich, ähnlich wie beim Bau von Gebäuden, täglich die Umgebung ändern.

Ein sehr einfacher Anwendungsfall ist dagegen eine Maschine, die unter kontrollierten Bedingungen in einer Halle läuft. Hier bietet sich die AR für vielfältige Szenarien in der Wartung und Instandhaltung an. Repariert ein Servicetechniker eine Anlage, kann er davon mit seinem Smartphone ein Video aufzeichnen und als virtuelles Post-it an die Anlage anheften. Für Bockholt ist das „eine sehr intuitive Möglichkeit, Wartungsprozesse zu dokumentieren“. Die kamerabasierte Interaktion hat für den AR-Forscher noch einen weiteren Vorteil: „Sie lässt sich mit einem Telekonsultations-Szenario verknüpfen. Durch ein Video kann ein Servicetechniker einen weit entfernten Experten zu Problemen befragen und sich von diesem einen Prozess vor der Ausführung abnehmen lassen. Gleichzeitig wird Content für die Augmented Reality generiert.“ Denn bei der nächsten Wartung ist die Information über diesen Vorfall Teil der Anlagendokumentation. Handelt es sich dabei um wichtige Informationen für alle Anlagen dieses Typs, kann sie leicht an alle Betreiber weiter gegeben werden. „Diese virtuellen Post-its haben sich als sehr mächtiges Tool erwiesen“, meint Bockholt. „So ergibt sich eine Lebenslaufakte zu einem Bauteil, inklusive Filmen oder Fotos.“

Für die Umsetzung eines Projektes können Modelle der Anlagen oder Gebäude aus PLM-Systemen importiert werden, etwa JT-Daten, oder PDM-XML-Files, denn die Forscher setzen sehr auf Standards. „HTML5 spielt hier eine große Rolle und soll der Standard für Augmented- und Virtual-Reality-Anwendungen werden“, so der AR-Experte, denn dort gebe es die Möglichkeit, 3D-Daten über Web-GL zu rendern, das von verschiedenen Browsern unterstützt wird. Bis HTML5 jedoch alle Funktionalitäten abbilden kann, nutzen sie den Iso-Standard X3D.


Monika Corban, freie Mitarbeiterin, CAD-CAM REPORT

Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung-IGD, Darmstadt Tel. 06151/155-0, http://www.igd.fraunhofer.de, http://www.instantreality.org

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