AR-Anwendungen im industriellen Einsatz

Fraunhofer und Siemens realisieren „Augmented Reality as a Service“

| Autor: Elke Witmer-Goßner

Augmented Reality im Kontext Industrie 4.0 oder Digital Twin setzt die Visualisierung der CAD-Daten auf mobile Endgeräte voraus.
Augmented Reality im Kontext Industrie 4.0 oder Digital Twin setzt die Visualisierung der CAD-Daten auf mobile Endgeräte voraus. (Bild: © kinwun - stock.adobe.com)

Mit der interaktiven 3D-Visualisierungs-Plattform „instant3Dhub“ und der AR-Tracking-Technologie „VisionLib“ ist es jetzt möglich, Augmented Reality-Anwendungen in einer Software-as-a-Service-Infrastruktur in der Cloud auszuführen. Fraunhofer IGD löst so ein zentrales Problem bei Augmented Reality, da die Umsetzung bisher die umfassende CAD-Datenbereitstellung erforderte.

Die Anwendung von Augmented Reality in der Industrie ist längst keine Zukunftsmusik mehr. Von der Montage, über die Qualitätssicherung bis zur Wartung und Reparatur bergen industrielle AR-Anwendungen enormes Potenzial zur Prozessoptimierung. Im Mittelpunkt steht der „Digital Twin“ als das digitale Replikat zu jedem real existierenden Objekt. Dieses beinhaltet neben den CAD-Daten auch diverse andere Informationen, Metadaten zur Beschaffenheit einzelner Bauteile oder verwendeter Materialen. Der Zugriff auf diese Daten ist von hoher Bedeutung und kann an vielen Prozessabschnitten gewinnbringend eingesetzt werden.

Der enorme Umfang an Daten, der mit der Nutzung des digitalen Zwillings einhergeht, ist jedoch nicht einfach zu handhaben. Um 3D-Modelle zu visualisieren, muss die Datenmenge um ein Vielfaches reduziert werden. Hinterlegte Metadaten sowie häufig wertvolle semantische Zusatzinformationen gehen dabei verloren. Zusätzlich benötigt das Prozedere spezielle Software und eigens dafür eingerichtete Rechner. Die visuelle Aufbereitung für industrielle Anwendungen dauert nicht nur lange, sie erfordert auch ein entsprechendes Fachwissen. Damit bleibt denjenigen, die durch den Zugriff auf die Plandaten einen echten Mehrwert für ihre alltägliche Arbeit ziehen würden, also Monteuren, Kontrolleuren oder Einkäufern, der Zugang verwehrt.

Datenabbildung ohne Informationsverlust

Mit dem neuen Release des instant3Dhub stellt das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung (Fraunhofer IGD) eine Plattform bereit, mit der die Visualisierung von 3D-Modellen auf Basis originärer CAD-Daten beschleunigt wird. Auf Grundlage der Plattform können sehr große Datenmengen unabhängig vom verwendeten Gerät (AR-Brille, Tablet oder Smartphone) automatisch und in Echtzeit abgebildet werden. Neu ist die Integration der VisionLib, einer AR-Tracking-Bibliothek, die unter Lizenz der Visometry GmbH steht, einer Ausgründung des Fraunhofer IGD. Bereits jetzt ist sie ein leistungsfähiges Tool, um Objekte in 3D zu erfassen und für die AR-Visualisierung vorzubereiten. Mit dem neuen Augmented-Reality-as-Service bleiben die datenintensiven CAD-Daten ausschließlich in der Infrastruktur des Industrieunternehmens gespeichert, nur die für die aktuelle Visualisierung relevanten Daten werden in Echtzeit auf mobile Endgeräte übertragen.

Das Tracking, also die exakte Positionsbestimmung von Objekten im Kamerabild, ist die entscheidende Grundlage für AR-Anwendungen, da nur so Zusatzinformationen und überlagerte Informationen exakt eingeblendet werden können. Eine genaue Positionierung dieser Informationen in Relation zu dem im Kamerabild sichtbaren Objekt ist essentiell, wenn es z.B. darum geht, Schweißpunkte auf einen Gegenstand zu projizieren. Die Technologie des modellbasierten Trackings arbeitet – im Gegensatz zu anderen Ansätzen am Markt – direkt auf Basis der originären CAD-Datenbestände der Kunden, welche auch für die Visualisierung der 3D-Modelle genutzt werden. Eine aufwändige und interaktive Reduktion der Daten durch IT-Experten, wodurch häufig wertvolle semantische Zusatzinformationen verloren gehen, ist somit nicht nötig.

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Siemens testet AR in der Fertigung

Die durch die gemeinsame Verwendung von instant3Dhub und VisionLib entstehenden Vorteile erprobt die Siemens AG aktuell im Bereich der elektrischen Antriebstechnik. Hinter jedem Antriebssystem, die kundenspezifisch gefertigt werden, steht als Digitaler Zwilling ein individueller CAD-Datensatz mit sämtlichen Produktspezifikationen. Während des gesamten Produktlebenszyklus sollen bei Siemens zukünftig AR-Technologien zum Einsatz kommen. So auch bei der Qualitätssicherung, wie beispielsweise der Prüfung, ob ein gefertigtes Bauteil auch mit dem CAD-Entwurf übereinstimmt.

Intuitiver Zugriff auf Produktdaten des Digital Twin dank Augmented Reality.
Intuitiver Zugriff auf Produktdaten des Digital Twin dank Augmented Reality. (Bild: Fraunhofer IGD, Siemens AG/© 2019 Frank Seifert)

Mit instant3Dhub stellt Siemens sicher, dass die AR-Anwendungen während der gesamten Prozesskette auf das eine, kundenspezifische CAD-Modell zugreifen können. Der Abgleich erfolgt cloud-basiert und automatisiert. Dr. Christian Mundo, Digital Officer der Business Unit Large Drives bei der Siemens AG sieht in dieser Verfahrensweise deutliche Vorteile: „Instant3Dhub gibt uns die Möglichkeit, Objekte einfach zu erkennen, Metadaten können durchgehend zu dem entsprechenden Modell genutzt und eingeblendet werden. Die Fraunhofer-Technologie ist ein zentraler Bestandteil unserer AR-Anwendungen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten liegen bei der Schulung unserer Service-Ingenieure oder dem Kundenservice vor Ort beispielsweise zur schnellen Erkennung eines defekten Bauteils.«

Derzeit forscht das Fraunhofer IGD außerdem an der Datentransformation zur Vorbereitung für den 3D-Druck direkt aus der Anwendung heraus, beispielsweise für benötigte Ersatzteile. Die Einrichtung größerer Kollaborationsmöglichkeiten, durch die mehrere Endgeräte an derselben AR-Session teilnehmen können, soll Fernwartungsszenarios erleichtern. Eine weitere Vision für die Zukunft ist die Integration einer Erkennung vorher unbekannter Objekte unter Einbindung künstlicher Intelligenz.

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