Erweiterte Realität beim Bau von Flugzeugtanks

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickeln auf Basis von Augmented Reality ein Assistenzsystem, das beim Fertigen und Warten von Flugzeugtanks unterstützt. Das System wird gerade in der Industrie erprobt.

Bei Augmented-Reality-Anwendungen (AR) liefern ein Tablet, Smartphone oder eine spezielle Videobrille, auch Head-Mounted Display genannt, zusätzliche Informationen zur Realität. Virtuelle Inhalte vermischen sich auf dem Display mit der echten Welt. Zu den bekanntesten AR-Anwendungen zählt das Spiel Pokémon GO, eine virtuelle Jagd nach virtuellen Wesen, die an allen erdenklichen realen Orten „auftauchen“. Aber auch in der Industrie gewinnt die Technik immer mehr an Bedeutung: „Wir entwickeln eine Software, die dabei hilft, Flugzeugtanks zu bauen und zu warten. Sie soll die Flexibilität der Mitarbeiter erhöhen, den Arbeitsablauf beschleunigen und die Prozesse vernetzen und optimieren“, sagt Christian Tesch vom Institut für Anthropomatik und Robotik des KIT, Lehrstuhl für Intelligente Sensor-Aktor-Systeme (ISAS, Leitung Prof. Uwe D. Hanebeck). Viele Verkehrsflugzeuge sind zunächst nicht für lange Flüge ausgerüstet, der Treibstofftank ist zu klein. Damit sie dennoch lange Strecken zurücklegen können, werden zusätzliche Tanks benötigt, die regelmäßig gewartet werden müssen. Dazu müssen die Technikerinnen und Techniker bislang durch eine kleine Öffnung in die Tanks einsteigen. Bei der Montage von Bauteilen benötigen sie oft jedoch beide Hände, doch gerade neue Arbeitskräfte brauchen gleichzeitig auch eine Bauanleitung.

„Die Augmented-Reality-Brille – momentan nutzen wir die HoloLens von Microsoft – zeigt die zu erledigenden Arbeitsschritte im Sichtfeld der Techniker an, die so die Hände frei haben, um Bauteile anzubringen oder zu reparieren“, so Tesch. Die Brille ist mit Kameras ausgestattet. Über diese scannt der Nutzer vorab spezielle Marker am Tank, die beispielsweise den genauen Standort und die Größe des Tanks an die Brille übermitteln. Auf den „echten“ Tank wird dann ein transparentes 3-D-Computermodell vom Inneren des Tanks projiziert – so können Techniker auch von außerhalb in den geschlossenen Tank blicken, die Konstruktion im Detail nachvollziehen und sich Schritt für Schritt anleiten lassen, wie etwa ein Rohr zu montieren ist. Außerdem zeigt die Brille anhand eingeblendeter Markierungen auf dem Boden an, wo im Lagerraum die benötigten Bauteile zu finden sind. Dieses erkennt die Brille ebenfalls anhand vorab eingelernter Marker. „Wir vernetzen das eigentliche Arbeiten am Tank mit der Lokalisierung von Objekten und können so ein Gesamtkonzept erstellen“, sagt Tesch.

Alle für dieses Konzept erforderlichen Berechnungen finden direkt in der Brille statt. Zusätzliche Informationen über den Tankzustand, den Arbeitsfortschritt oder den Lagerbestand der Bauteile erhält sie über eine externe Datenbank, sodass die Nutzer immer auf dem aktuellsten Stand sind. Über Gesten- und Sprachsteuerung können sie die AR-Brille bedienen.

Die Forscher entwickeln das System nicht nur für AR-Brillen: „Viele Menschen besitzen heute ein Smartphone oder ein Tablet; auch in den Berufsalltag sind diese Geräte längst fest integriert. Deshalb soll unsere Software in Zukunft auch mit handelsüblichen Smartphones funktionieren“, sagt Dr. Antonio Zea, der am Institut für Anthropomatik und Robotik die Entwicklung der Software für mobile Endgeräte betreut. In den nächsten Jahren werde sich vermutlich auch die Hardware für AR-Anwendungen noch weiter verbessern, die AR-Brillen könnten kleiner und erschwinglicher und damit noch vielfältiger einsetzbar werden.

Das KIT kooperiert in dem Projekt mit der Firma PFW Aerospace GmbH. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können so die Software unter realen Bedingungen testen und verbessern. Bis Anfang 2019 wollen sie diese einsatzbereit machen.

Bild oben: Das Display in der Brille zeigt dem Monteur genaue Positionen und Arbeitsschritte an. (Foto: Markus Breig, KIT)

  • Über Umgebungsmarker am Tank weiß die AR-Brille, wo sich dieser befindet und wie groß er ist, und kann so ein 3D-Modell projizieren. (Foto: Markus Breig, KIT)
  • Über die AR-Brille findet der Nutzer problemlos das Regal mit den passenden Bauteilen. (Foto: Markus Breig, KIT)
  • Das Assistenzsystem projiziert auf den „echten“ Tank ein transparentes 3D-Computermodell. (Foto: Christian Tesch, KIT)
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