Virtuelle und Augmented Reality für maschinenbauliche Komponenten maritimer Systeme

Aktuelles Forschungsprojekt zum Thema Augmented Reality (2013-2016)

AUGMENTED REALITY SYSTEM ZUR DYNAMISCHEN 3D-ÄNDERUNGSKONSTRUKTION

Teilprojekt: CAD unterstütztes Laserscannen und Modellieren auf mobilen Plattformen

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines einfach handhabbaren AR-Systems. Das AR-System soll als Konstruktionswerkzeug dienen und eine echtzeitfähige Aufnahme, Darstellung und Aufarbeitung von neuerfassten realer Bauteildaten ermöglichen. Der zu erstellende Prototyp ermöglicht eine neuartige Konstruktion im freien Raum. Ein Tablet-PC wird mit einer mobilen Laserscankomponente und einer Lichtquelle erweitert. Eine laserbasierte Referenzstation im Raum dient zur lokalen Positionierung der Geometrie im Raum.

Zum Zweck der Automatisierung des Prozesses der Änderungskonstruktion ist geplant, eine direktere Methode zur Erstellung solcher Soll-Ist-Vergleiche zwischen den Planungsdaten und den reellen Bauteilen zu entwickeln. Es wird eine flache Hierarchie angestrebt – Änderungen an CAD-Daten können direkt von den Werkern vor Ort vorgenommen werden.

Deshalb ist es notwendig mit einfachen Werkzeugen Veränderungen an Produktdaten vorzunehmen. Zur Minimierung der Fehlerquote beim Aufmaß ist es erforderlich die CAD-Modelle der Produkte mit der Realität zu kombinieren. Die erweiterte Realität (Augmented Reality – AR) ermöglicht es, die Aufmaße rechnerunterstützt aufzunehmen und Planungsdaten wie CAD-Daten in diese Aufnahme der realen Bauteile zu überlagern.

Zur Aufnahme der Bauteilgeometrie wird dabei ein tragbares 3D-Laserscansystem verwendet. Durch die Portabilität ist gewährleistet, dass nicht nur Informationen von der Außengeometrie aufgenommen werden, sondern auch Innengeometrie, beispielsweise in großen Gussteilen, gescannt werden kann. Das Ergebnis des Laserscannings sind Punktwolken, welche anschließend registriert und den CAD-Daten signifikant zugeordnet werden müssen. Zur Navigation entlang großer Bauteile und zur Verknüpfung mehrerer Scans ist das Tracking des Handlaserscanners eine zwingende Voraussetzung. Dafür werden Markierungen für lokale und ortsfeste Koordinatensysteme benötigt.

Für eine kompakte Bauweise und die einfache, intuitive Interaktion bieten sich für die Umsetzung mobile Endgeräte, wie Tablet-PC oder Smartphone an. Sie ermöglichen es jedem Werker nicht nur die Vorteile eines Soll-Ist-Vergleichs zu nutzen, sondern auch sich mit eventuellen Fragen an Entscheidungsträger zu wenden. Integraler Bestandteil jedes mobilen Endgerätes ist die benötigte hochauflösende Kamera, die grafische Oberfläche und der drahtlose Netzwerkzugang. Optional ist das Anbringen von Beleuchtungsquellen an den mobilen Endgeräten für eine bessere Darstellung der Szene.

Das Manipulieren der aufgenommen Daten zur Ermöglichung einer Änderungskonstruktion direkt am Bauteil erfolgt über das Erzeugen von Flächen- und/oder Volumenprimitiven als Grundelemente einer jeden CAD-konformen Modellierung. Dadurch ist die Anpassung schnell und unkompliziert in den Daten umzusetzen. Anschließend werden von der Ist-Geometrie automatisch sowohl CAD-Modelldaten als auch technische Zeichnungen erstellt und einem vorhandenen PLM-System zur Verfügung gestellt und damit ein konsistenter Produktdatenstamm gewährleistet.

Die zentrale Problemstellung für die Produktentwicklung ist die Geometrieerfassung sowie die Positionsbestimmung des Tablet-PC anhand der gemessenen Geometrie. Diese ermöglicht Angaben zur optischen Registrierung des Benutzers bezüglich der Geometrie. Ist die Position und Orientierung des Gerätes (im Folgenden Pose genannt) erkannt, können mit Hilfe einer AR -Technologie CAD-Geometrien zur aktiven Konstruktion angezeigt und mit geeigneten Interaktionsmöglichkeiten durch additive Konstruktionen bearbeitet werden.

Für die Problemlösung und Produktentwicklung werden drei Innovationsschwerpunkte bearbeitet. In dem Vorhaben ist jeder Projektpartner spezialisiert auf einen Schwerpunkt.

  1. •Universität Rostock, KTC/AD: Erarbeitung eines Informations- und Referenzierungskonzeptes für mobile, lokale Koordinatensysteme in der Produktionsumgebung unter Berücksichtigung einer Konvertierung von CAD-Metadaten zu a-priori-Informationen für Bildverarbeitungsalgorithmen zur Posebestimmung; Entwicklung eines für Echtzeitverarbeitung geeigneten 3D-Referenzmodells mit neutralen Datenschnittstellen; Entwicklung einer Kopplung von 3D-Scandaten an die Verwaltungsstrukturen von PDM-Systemen.

Weitere Partner im Projekt sind:

• Fraunhofer IGD:

  1. •S.K.M. Informatik GmbH Schwerin

  2. •Baltic Engineering Flare GmbH Rostock

Beispiele für Objekte in der Virtual Reality

Das Video zeigt die Wirkungsweise der Flügelverstellung