Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 12/2017, 08.12.2017

Reale und virtuelle Welt vereint in einer Maschine

Oftmals scheitert der Einsatz von Augmented Reality (AR) an der Praxistauglichkeit der Anwendung. Eine Masterarbeit der Interstaatlichen Hochschule für Technik Buchs (NTB) zeigt, wie einfach es sein kann, CAD-Daten mittels AR anzuzeigen, zu manipulieren und mit reellen Bauteilen zu verknüpfen.

Autor: Lukas Werz, Norbert Frei, NTB Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs, Institut für Ingenieurinformatik INF

Die neu entwickelte Augmented-Reality-Applikation «ClassCADCadViewer» läuft auf der Entwicklerversion der «HoloLens» von Microsoft, welche seit November 2016 in Europa erhältlich ist. Im Rahmen der Masterarbeit wurde ein Konzept entwickelt, des es ermöglicht, CAD-Komponenten in der realen Umgebung eines Benutzers darzustellen. Dazu werden in einem ersten Schritt Step-Dateien auf einen Server geladen. In der Applikation wählt der Benutzer die anzuzeigenden Komponenten aus. Ein CAD-System, welches sich ebenfalls auf dem Server befindet, lädt die gewählte Step-Datei. Das CAD-System sendet die Daten, welche zur Darstellung notwendig sind, an die Applikation zurück.

ClassCADCadViewer stellt die Komponenten nicht nur grafisch dar, sie werden auch mit physikalischen Eigenschaften ergänzt. Die von der HoloLens aufgezeichnete Umgebung wird in der Applikation verwendet. So ist es möglich, dass die Komponenten auf einer Werkbank abgelegt werden, wie dies auch mit realen Werkzeugen geschieht. Um die Komponenten im Raum zu bewegen, wird die «Manipulate»-Handgeste mit Daumen und Zeigefinger verwendet. Enthalten die Step-Dateien neben den geometrischen Angaben auch Koordinatensysteme für das Zusammenbauen mehrerer Komponenten, kann sogar eine Montage der Komponenten erfolgen. Wird ein Erkennungsmarker auf einem realen Objekt angebracht, lassen sich die virtuellen Komponenten auf diesem Objekt montieren. Bei einer Bewegung des realen Objekts folgen ihm die virtuellen Komponenten. Unter anderem konnte folgender Anwendungsfall* realisiert werden: Zwei Drehstähle und ein Drehstahlhalter werden aus CAD-Dateien geladen und dargestellt. Auf dem Werkzeugrevolver einer Drehbank wird ein Erkennungsmarker angebracht. Die Drehstähle werden virtuell in den Drehstahlhalter montiert, und die gesamte Baugruppe wird auf dem realen Werkzeugrevolver montiert. Bewegt sich nun der Werkzeugrevolver, folgen ihm der Drehstahlhalter sowie die Drehstähle. Ein Maschinenprobelauf kann so mit einer realen Maschine, bestückt mit rein virtuellen Komponenten, durchgeführt werden.

*) Ein Video zu dieser Anwendung gibt es hier.

NTB Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs,
Institut für Ingenieurinformatik INF
9471 Buchs, Tel. 081 755 33 11
office@ntb.ch



Lukas Werz mit der typischen Manipulate-Handgeste.


AR im Praxiseinsatz: Der reale Drehrevolver und der darauf montierte virtuelle Drehhalter können zusammen für einen Maschinenprobelauf genutzt werden. (Bilder: Werz)

Lukas Werz, Fachhochschule Buchs NTB

«Perfekt geschaffen für Analysen und Schulungen»

Herr Werz, Sie haben im Rahmen Ihrer Masterarbeit die im Artikel beschriebene Augmented-Reality-Lösung erarbeitet. Worin liegt der grosse Unterschied oder Vorteil Ihrer Lösung im Vergleich zu vergleichbaren anderen?

Die Anwendung ist näher am Mitarbeiter und an dessen Arbeitsumfeld als beispielsweise eine CAM-Simulation. Sie erlaubt es einem Mitarbeiter direkt am entsprechenden Arbeitsplatz mit seinen Händen eine Montage oder eine Maschineneinrichtung zu testen oder zu trainieren. Da mehrere Personen die Bauteile aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten und ihre Ansicht individuell ändern können, ist das Programm für Problemanalysen und auch Schulungen perfekt geschaffen. Auch ist kein Vorwissen über die Umgebung oder die Maschine notwendig, da die HoloLens diese aufzeichnet und die Anwendung darauf zurückgreift.

Wie einfach ist Ihre Anwendung in der Praxis zu realisieren?

Die Anwendung ist als Prototyp fertig entwickelt und enthält bereits alle grundlegenden Anforderungen. Uns ist wichtig, eine für den Kunden individuelle Lösung zu bieten, welche alle für ihn relevanten Funktionen bietet. Nach Aufnahme der Kundenanforderungen können wir auch eine Einschätzung zur Realisation geben. Sind die Kundenanforderungen nahe am bereits entwickelten Prototyp, ist die Anwendung innert kurzer Zeit beim Kunden einzusetzen.

Welche Hard- und Softwarekomponenten sind erforderlich, und von welchem Invest sprechen wir?

Eine oder mehrere HoloLenses mit der Anwendung «ClassCADCadViewer» sowie ein Server mit dem ClassCAD-System. Der Invest ist abhängig von den entsprechenden Kundenwünschen. Die Entwicklerversion der HoloLens kostet momentan pro Stück 3299 Euro.

Welche Zielgruppe adressieren Sie mit Ihrer Anwendung?

Wir erachten die Ausbildung und Schulung sowie auch Industriebetriebe mit sehr individuellen und sich ändernden Maschinenaufbauten als Zielgruppe.

An wen können sich interessierte Personen wenden?

Ansprechpartner ist Norbert Frei, Institutsleiter für Ingenieurinformatik INF an der NTB**.

(** Seine Kontaktdaten lauten: Tel. 081 755 32 21, E-Mail: norbert.frei@ntb.ch)