Qualitätskontrolle in der Werkstoffprüfung

Messdaten sichtbar gemacht

Bei der Qualitätskontrolle müssen Beschäftigte die Messdaten auch verstehen. Dieser Aufgabe widmeten sich der KI- und Softwarespezialist Cloudflight sowie das Research Center for Non-Destructive Testing (Recendt) in einem Forschungsprojekt zum Einsatz von Augmented Reality in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Ziel ist es, eine intuitive und skalierbare AR-Lösung zu schaffen.

(Bild: Cloudflight GmbH)

Unter Augmented Reality (AR) versteht man das Anreichern von Objekten in der realen Welt mit datenbasierten, virtuellen Elementen und Informationen. Im Bereich der Unterhaltungselektronik ist AR bereits etabliert und spätestens seit dem Boom um ‚Pokémon Go‘ im Jahr 2016 vielen ein Begriff. Aber auch für den industriellen Einsatz bietet die Technologie Potenzial, beispielsweise für die Anlagenplanung, zur Visualisierung von Arbeitsschritten in der Montage, in Maintenance-Szenarien oder in der Qualitätskontrolle. Dort bietet Augmented Reality die Möglichkeit, große Mengen von Messdaten in eine verständliche visuelle Form zu bringen. Diese Idee liegt auch einem gemeinsamen Forschungsprojekt von Cloudflight und Recendt zugrunde: Messdaten aus der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (Non-Destructive Testing, NDT) werden aufbereitet und auf das Bauteil projiziert, um Fehler und Abweichungen nachvollziehbar zu visualisieren. Im Rahmen der Kooperation konzentrierte sich das Forschungsinstitut Recendt vorwiegend auf die Erfassung und Aufarbeitung der Messdaten zu verwertbaren Bilddaten, während der Fokus von Cloudflight auf der Implementierung einer Visualisierungslösung lag.

(Bild: Cloudflight GmbH)

Knowhow aus verschiedenen Bereichen

Die Luft-und Raumfahrt-Expertise des Softwarespezialisten floss dabei in der Verarbeitung großer Datenmengen für die Visualisierung ein. Die Expertise im Bereich Unterhaltungselektronik half wiederum, den Blick für die User Experience zu verbessern und dem Bediener die Interaktion mit dem Bauteil zu ermöglichen. Als Engine für die Erstellung der 3D-Modelle setzte Cloudflight die Plattform Unity ein.

Die Basis schaffen

Für den Messprozess kam ein Laser-Ultraschall-Messkopf zum Einsatz, der mittels Roboterarm am Prüfobjekt entlanggeführt wurde. In regelmäßigen Abständen wurde dabei an bestimmten Punkten und in bestimmten Tiefenabschnitten gemessen. Anhand von sogenannten Markern – speziellen Bildmuster, die als Referenzpunkte dienen – wurde die Position des Bauteils im Raum erfasst. Die entstandenen Messdaten wurden auf einem separaten Gerät vorverarbeitet, um sie auswertbar zu machen. Daraus entstand ein Stapel von Tiefenbildern, die später als Basis für die AR-Visualisierung dienen.

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Das passende Device

Im weiteren Prozess bestand die Herausforderung für das Cloudflight-Team darin, ein passendes Device zur Darstellung zu wählen. Für Hands-Free-Anwendungen wäre ein Head-Mounted Device wie etwa die Hololens prinzipiell das Mittel der Wahl gewesen. Das Gewicht der zum Projekt-Zeitpunkt verfügbaren Generationen dieser AR-Brille führte jedoch bei dauerhaftem Tragen zu Komforteinschränkungen. Als Alternative entschied sich das Team für Android-Tablets. Die damit verbundenen Hardware-bedingten Kompromisse in punkto Präzision und Stabilität der Projektion gleicht diese Lösung durch ihre intuitive Bedienbarkeit sowie Skalierbarkeit aus. So können Anwender im industriellen Einsatz für neue AR-Applikationen auch auf bereits vorhandene Devices zurückgreifen. Das Device zur Darstellung kann später auch gewechselt werden.

Intuitive Gestaltung

Für Anwender soll sich der AR-Interaktionsworkflow möglichst intuitiv gestalten: Nach dem Start der Applikation bittet das System um eine Lokalisierung des Messobjekts anhand der Marker. Ist dies erfolgt, wird das Objekt angezeigt und die AR-Projektion startet. In der Projektion können Tiefenbilder sowie Animationen betrachtet werden. Zudem ist es möglich Objektgruppen durch die Zuweisung von Markern zu bestimmten Objekten zu konfigurieren.

(Bild: Cloudflight GmbH)

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Herausforderungen und Vorteile

Im Rahmen des Forschungsprojekts hat sich gezeigt, dass die Kombination aus Präzision, Stabilität und gleichzeitig hohem Komfort eine Herausforderung darstellen kann. Nach Schätzungen von Cloudflight könnte die technische Evolution der Endgeräte diese Lücke in fünf bis zehn Jahren schließen, spätestens dann geht der Cloudflight-Experte davon aus, dass Hardware leistungsstark genug sein wird, um auch den Ansprüchen der finalen Qualitätskontrolle gerecht zu werden. Der Vorteil des Lösungsansatzes von Cloudflight und Recendt liegt in der Bedienbarkeit des AR-Systems. Durch die Visualisierung und Interaktion mit der Lösung werden große und abstrakte Datenmengen in einen verständlichen Kontext eingebettet. So können Mitarbeiter schneller den Bezug zwischen der Bedeutung der Messdaten und ihren konkreten Auswirkungen auf das Messobjekt herstellen. Dies ist auch in Bezug auf Schulung und Einarbeitung von Mitarbeitern ein Vorteil. Nicht zuletzt macht die Visualisierung der Messdaten per AR den Messprozesses effizienter – Konstruktions- und Entwicklungsschritte können beispielsweise beschleunigt werden.

(Bild: Cloudflight GmbH)

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