Cluster Mechatronik & Automation

News

15.11.2016

Augmented Reality im industriellen Umfeld

Wie die reale und die digitale Welt verschmelzen

© zapp2photo / Fotolia.comLive-Daten zu jeder Produktionsmaschine, Predictive-Maintenance-Informationen oder virtuelle Hallenplanung: Was bislang nur vom Rechner im Büro aus möglich war, bietet Augmented Reality nun auch direkt vor Ort in der Fertigung. Eine Datenbrille oder ein mobiles Endgerät erkennt über die integrierte Kamera alle wichtigen Elemente in der Umgebung und blendet dem Benutzer kontextbezogene Informationen ein. Das virtuelle Abbild des realen Umfelds wird überlagert mit virtuellen Informationen und gewinnt durch die computergestützt erweiterte Realitätswahrnehmung einen Mehrwert im Sinne einer durchgängigen Vernetzung und gesteigerten Effektivität von Arbeitsabläufen.

Abb. 1 (Symbolbild): Möbelhersteller bieten ihren Kunden Apps an, mit deren Hilfe Möbel bereits vor dem Kauf an dem späteren Standort beurteilen können. © Vadim Andrushchenko, © infoteam Software AG Steigende Rechenleistung mobiler Geräte und die Verbreitung hochqualitativer digitaler Kamerasysteme bieten die Basis, um Augmented-Reality-Anwendungen kommerziell nutzbar zu machen. Zurzeit dominieren Angebote im Konsumsektor den Markt (Abb. 1  und 2 ). Gerade in der jüngsten Vergangenheit kommen auch Anwendungen aus dem Unterhaltungssektor hinzu. Insbesondere Computerspiele setzen vermehrt auf die erweiterten Möglichkeiten durch Augmented und Virtual Reality (AR und VR). Aus diesen bereits erfolgreichen Anwendungsbereichen lassen sich zahlreiche Einsatzmöglichkeiten für das industrielle Umfeld ableiten:

  • Simulationen von Fertigungsanlagen innerhalb eines bestehenden Firmengebäudes: Sowohl das Design der Anlage als auch die ideale Raumausnutzung können bereits geplant werden, bevor die Anlagen real existieren und/oder vor Ort aufgestellt werden. Fehlerhafte oder ungünstige Konzepte können so rechtzeitig korrigiert und teure Nachbesserungen reduziert werden. Auch die Ergonomie von Anlagen lässt sich bereits frühzeitig berücksichtigen und in Gesamtkonzepte integrieren.
  • Produktionsinformationen per Tablet direkt an der Maschine: Die Überwachung von Key Performance Indicators (KPI) und Produktionsdaten erfolgt direkt an der Anlage.
  • Interaktion: Über virtuelle Objekte können Benutzer Einfluss auf die reale Umwelt nehmen. Das reicht vom Einschalten des Lichts über virtuelle Lichtschalter bis hin zu Eingriffen in die Produktions- oder Anlagensteuerung.
  • Abb. 2 (Symbolbild): Head-up Displays versorgen Autofahrer in Oberklassefahrzeugen mit Zusatzinformationen direkt auf der Fahrzeugscheibe. © infoteam Software AGSchulungsanweisungen direkt an der Maschine: Gedruckte oder online verfügbare Handbücher lassen sich durch Schulungen direkt an der Maschine ersetzen. Eine App auf einem Tablet oder einer Datenbrille erkennt einzelne Bauteile der Anlage, erklärt die Handhabung und unterstützt mit Grafiken eine sofortige praktische Anwendung der Theorie.
  • Remote Helpdesk für schnelle Hilfe im Fehlerfall (Abb. 3 ): Bislang musste im Fehlerfall einer Maschine ein externer Servicetechniker anreisen und den Fehler beheben, was zu teuren Stillständen in der Produktion führte. Der Remote Helpdesk sendet ein Livebild der Anlage per Online-Video-Stream an den Experten, der nun von seinem Büro aus sowohl verbale als auch grafische Anweisungen an die Verantwortlichen vor Ort geben kann.

 

Die Technologien hinter Augmented Reality:

Abb. 3 (Symbolbild): Ein Experte im Büro kann per Videostream die Umwelt des Technikers vor Ort sehen und dem Mitarbeiter verbale und virtuelle Anweisungen geben.Der Begriff „Umwelt“ umfasst genau das, was der Nutzer von AR-Anwendungen sieht – also quasi die Umgebung seines Standorts. In den meisten Fällen wird sie von einem Kamerasystem erfasst und auf einem mobilen Endgerät unverändert abgebildet. In diese virtuell angezeigte reale Umwelt wird bei AR ein virtuelles Objekt eingeblendet. Hier liegt auch der Unterschied zu VR, bei dem die Umwelt virtuell erzeugt wird und nicht auf Echtzeitkameradaten basiert.

Es gibt drei Arten virtueller Objekte sowie Mischformen:

  • Das Abbilden eines real existierenden Objekts (z. B. eine bestimmte Maschine) erfolgt aus technischen Gründen häufig auf Grundlage der dazugehörigen CAD-Daten. Aus technischer Sicht sind aber auch kamerabasierende Einblendungen von realen Objekten als Fotografie oder Video möglich.
  • Virtuelle Objekte basieren ebenfalls auf CAD-Daten. Anders als reale Objekte existieren sie  nicht oder noch nicht, sondern befinden sich meist in der Planungsphase. AR-Anwendungen unterstützen dabei, Auswirkungen der Umwelt auf das Objekt und anders herum zu untersuchen (z. B. Raumausnutzung oder Ergonomie zukünftiger Anlagen in bestehenden Räumlichkeiten).
  • Einen weiteren Nutzen bietet AR für das Anzeigen orts- und objektabhängiger Informationen, was andernfalls entweder gar nicht möglich ist oder über fest verbaute Anzeigen realisiert werden muss. AR ermöglicht insoweit eine neue Stufe der Flexibilität und durchgängigen Vernetzung im Sinne des Industrie-4.0-Gedankens.


Die Verbindung zwischen Umwelt und Objekt stellt der Ankerpunkt dar. Er erkennt die Umwelt (z. B. um welche Anlage es sich handelt) und definiert exakt die Stelle, an dem das Objekt dynamisch in die Umwelt integriert wird. Für die Bestimmung des Ankerpunkts stehen verschiedene Techniken zur Verfügung:

  • Abb. 4: Eine infoteam-App erkennt auf einer Fachmesse Grafiken am Messestand und blendet zusätzliche Informationen ein. © infoteam Software AG Etabliert ist das Nutzen von Ortsinformationen. Im Freien bieten sich vor allem GPS-Daten als einfachste Lösung an.
  • In geschlossenen Räumen kann auf Techniken wie WLAN-Verortung oder Beacons zurückgegriffen werden. Letztere sind meist kleine, kompakte Bluetooth-Sender, die entweder batteriebetrieben oder mit permanentem Stromanschluss in Räumen oder an Objekten installiert werden können.
  • Für dynamische Objekte (z. B. Bauteile innerhalb des Fertigungsprozesses) stehen RFID-Tags oder DataMatrix-Codes (vergleichbar mit QR-Codes) zur Verfügung.
  • Eine universell einsetzbare Technologie für die Bestimmung des Ankerpunkts ist die Mustererkennung. Entsprechende Algorithmen erkennen aus dem Kamerabild der Umwelt angelernte Muster und definieren darüber den Ankerpunkt und das verknüpfte Objekt (Abb. 4 ).

 

Der Einsatz von AR erfolgt größtenteils über mobile Endgeräte wie Tablets, Smartphones und Datenbrillen. Letztere tragen Anwender – ähnlich einer herkömmlichen Brille – auf dem Kopf und haben so beide Hände frei. Die Steuerung erfolgt über Sprachbefehle. Vor allem im industriellen Umfeld sind Datenbrillen den Tablets deutlich überlegen, wenn beide Hände für auszuführende Tätigkeiten gebraucht werden. Tablets haben dagegen den Vorteil, dass sie vielerorts bereits vorhanden und in den Arbeitsalltag integriert sind und dass viele Benutzer dementsprechend mit ihrer Handhabung vertraut sind.

 

Autoren
Michael Lierheimer, Chief Engineer & Consultant Industry
Patrick Kraus, Public Relations Manager

Kontakt
Telefon: +49 (0) 9131 / 78 00 - 860
Telefax: +49 (0) 9131 / 78 00 - 50
patrick.kraus@infoteam.de

infoteam Software AG
Am Bauhof 9
D-91088 Bubenreuth


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