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Das Start-up Holo-Light

Reale und digitale Welten verschmelzen

20. Mai 2020, 15:13 Uhr   |  Autor: Florian Haspinger | Redaktion: Gerhard Stelzer

Reale und digitale Welten verschmelzen
© Pro Symbols | Shutterstock

Wie lassen sich Barrieren zwischen Mensch und Technik überwinden? Wie werden Ingenieure künftig arbeiten? Das Tech-Start-up Holo-Light zeigt mit seinem „Augmented Reality Engineering Space“ (ARES) neue Wege, Kosten von Planung und Entwicklung zu reduzieren und Entwicklungsabläufe zu optimieren.

Es ist April 2015 – die vier Studenten Florian Haspinger, Susanne Haspinger, 
Alexander Werlberger und Luis Bollinger gründen das AR-Start-up Holo-Light: Ziel ist es, eine industrietaugliche »Augmented Reality Software« zu entwickeln, die die Lücke zwischen der virtuellen Planung und dem, was letztlich real ist, schließt. »Wir haben Holo-Light zu einer Zeit gegründet, als Augmented Reality in der Industrie noch relativ neu war.

Ein wichtiger Schritt war die Ankündigung von Microsofts erster AR-Datenbrille ‚HoloLens‘. Wir sahen damals ein riesiges Potenzial für den industriellen Einsatz, konnten uns schon früh ein Gerät beschaffen und nutzten diesen Marktvorteil, um erste Lösungen zu kreieren«, erzählt Alexander Werlberger, CTO von Holo-Light.
»Mit unserem Engineering-Hintergrund wussten wir auch aus erster Hand, wo die Herausforderungen liegen«, erklärt Werlberger weiter. Augmented Reality sollte daher ein neues Tool für Ingenieure und Industriedesigner sein, um Arbeitsabläufe in der Planung, Entwicklung und Produktion zu vereinfachen und zu verbessern. Etwa im Prototypenbau, in der Fabrik­planung oder etwa der Konstruktion hoch komplexer Bauteile. 

Daten in realer Umgebung visualisieren

Die Produktion von passgenauen Prototypen ist zeit- und ressourcenaufwendig. Neue Fertigungsprojekte müssen stets auf ihre Realisierbarkeit geprüft werden.
Das erfordert oft den Einsatz derselben Prozesse wie bei der Herstellung des Endprodukts. Die Fertigung von Prototypen für kleine Serien ist daher nahezu unerschwinglich. Augmented Reality kann hier nun helfen, Entwürfe wirtschaftlich zu realisieren und schnell zu validieren (Bild 1).

In der Produktionsintegration lassen sich mit dem Einsatz von AR Zeitaufwand und Kosten für den Prototypenbau reduzieren sowie Prozesse in der Produktentwicklung beschleunigen. Der »Augmented Reality Engineering Space« (ARES) von Holo-Light etwa ermöglicht es Ingenieuren, CAD-Daten in realer Umgebung zu visualisieren, zu bearbeiten und gemeinsam zu nutzen. Anwender können einfach per Drag-and-drop CAD-Dateien jeglichen Formats in ARES laden. Über ein »Head Mounted Display« (HMD) wie Microsofts »HoloLens 2« lassen sich damit Zwischenstände, Varianten oder finale Konzepte in 3D sowie Originalgröße darstellen.

Ein Hauch von Star Wars: Interaktion mit Hologrammen

Produktentwicklung mit Augmented Reality: Konzeptaussagen lassen sich im Vergleich zu einem Projekt ohne AR-Unterstützung bis zu 15 Monate früher treffen.
© Hololight

Produktentwicklung mit Augmented Reality: Konzeptaussagen lassen sich im Vergleich zu einem Projekt ohne AR-Unterstützung bis zu 15 Monate früher treffen.

Mit ARES lassen sich holographische Objekte auf unterschiedliche Art und Weise manipulieren. Nicht nur die Größe, sondern auch Position oder Winkel sind über einfache Gesten via HoloLens veränderbar. Ebenso kann eine »Cross-Section«, also ein Schnittbild für die Begutachtung innerer Strukturen, erstellt werden. Aus dem kompletten Hierarchiebaum der CAD-Datei lassen sich zudem einzelne Komponenten individuell ein- oder ausblenden. Außerdem ist das kollaborative Arbeiten im Augmented Reality Engineering Space möglich. Über den Multi-User-Modus können Teams ortsunabhängig etwa Konzept- oder Design-Reviews abhalten, um Fehler frühzeitig zu erkennen.

Durch die maßstabsgetreue Darstellung von in CAD erstellten Konzepten und Prototypen sind zudem die Erreichbarkeit, Einbaumöglichkeiten und Einsehbarkeit relevanter Montagepunkte in komplexen Systemen sofort nachvollziehbar. Vor allem die Überlagerung von realer Geometrie mit holographischen 3D-Modellen bietet eine flexible und kostengünstige Methode, verschiedene Varianten eines Konzepts in Minuten zu beurteilen (Bild 2). Damit zeigt sich vor allem in den frühen Produktentstehungsprozessen, in welchen hauptsächlich Konzeptarbeit ge­-
leis­tet wird und noch einige Fragen zur weiteren Vorgehensweise offen sind.
 

Ingenieure können an Hologrammen arbeiten und Entwürfe sowie Baugruppen vollständig manipulieren.
© Hololight

Ingenieure können an Hologrammen arbeiten und Entwürfe sowie Baugruppen vollständig manipulieren.

KI liefert Genauigkeit bis in den Millimeterbereich

Wer mit virtuellen Welten interagieren möchte, braucht derzeit viel Geduld. Kein Hersteller hat bislang die optimale Bedienung für Augmented-Reality-Lösungen gefunden. Microsofts HoloLens 2 verzichtet gar komplett auf Hardware und verlässt sich auf Gesten und Fingerbewegungen. Durchaus intuitiv, aber für präzise Arbeiten, Messungen und Bewegungen ist diese Art der Bedienung häufig zu ungenau. Neben der Software Suite ARES hat Holo-Light daher auch das AR-Eingabe­gerät „Stylus XR“ entwickelt (Bild 3).

Der Stylus XR ist kompakt, leicht und erfasst durch das Tracking mit künstlicher Intelligenz Bewegungen in einer AR-Umgebung auf den Millimeter genau. Zudem ist das Eingabegerät mit allen gängigen Head Mounted Displays kompatibel. Der Nutzer muss lediglich eine mitgelieferte Kamera auf dem HMD anbringen, welche die Bewegungen des Stifts erfasst. Die Kamera hat dabei ein höheres horizontales Sichtfeld als die HoloLens, sodass auch längere Bewegungen, etwa beim Zeichnen, erfasst werden.

Mit dem Stylus XR können Ingenieure sehr genaue Operationen in der AR durchführen, wie das präzise Markieren und Messen von Objekten.
© Hololight

Mit dem Stylus XR können Ingenieure sehr genaue Operationen in der AR durchführen, wie das präzise Markieren und Messen von Objekten.

Schneller und einfacher konstruieren

Zum Einsatz kommt der AR-Stift beispielsweise in der Konstruktion hochkomplexer Objekte wie Autos, Flugzeuge oder U-Boote. Die Fertigung dieser Objekte ist mit hohen technischen Anforderungen verbunden. Mehrere Tausend Bauteile müssen ausgerichtet, eingeschweißt und überprüft werden. Die Lage und Ausrichtung von Bolzen und Schrauben bestimmen Vermessungsingenieure dabei bis dato meist anhand analoger 2D-Unterlagen. Das heißt, sie zeichnen die Daten aus dem CAD-Modell in Papierpläne ein und markieren anschließend – mit dem Klemmbrett ausgerüstet – die Stellen händisch. Ein zeitintensiver und auch fehleranfälliger Prozess.

Mit einer Genauigkeit von 1 bis 3 mm kann der Stylus XR als grundlegendes Mess- und Referenzierungsgerät für die Bauteile dienen. Ingenieure können mit dem Stift millimetergenaue Arbeiten, Messungen und Bewegungen in einer Augmented-Reality-Umgebung durchführen. Der Arbeitsvorgang ist somit kürzer und einfacher. Im Büro kann der Ingenieur das 3D-Modell (z.B. im jt-Format) in die ARES-Software laden, die Koordinaten zum Referenzieren von Schrauben und Bolzen definieren sowie auf die HoloLens-2-Datenbrille hochladen. Die Koordinaten werden dann mit dem Stylus XR ausgewählt. Virtuelle Bauteile geben dabei die Markierungen vor und geben ein optisches Feedback zur richtigen Platzierung.

Im Objekt selbst markiert der Ingenieur mit dem AR-Eingabegerät sowie der Überlagerung von virtuellen 3D-Modellen und realer Umgebung durch ARES passgenau die Stellen, an denen eine Schraube montiert werden soll. Anschließend findet die Montage statt. Danach wiederum kann der Ingenieur durch die Augmented-Reality-Brille und -Software einen Soll/Ist-Abgleich vornehmen. So verbessert AR bei komplexen Konstruktionsvorhaben bisher aufwendige und fehlerbehaftete Planungs- und Einbauprozesse. Der Ressourcenaufwand ist geringer, Planungsfehler fallen schneller auf und auch Einbaufehler sind kaum mehr möglich. »Dadurch lassen sich Kosten und Zeit einsparen, während sich gleichzeitig Qualität und Geschwindigkeit in der Fertigung erhöhen«, sagt Alexander Werlberger.
 

AR mit Edge-Computing

»Eine der größten Herausforderungen für industrielle AR-Anwender ist es, datenintensive 3D-Objekte in Echtzeit und in hoher Qualität zu visualisieren«, meint Werlberger. Aufgrund der begrenzten Rechenleistung von AR-Brillen müssen CAD-Modelle oft mit Polygonverkleinerungen vorbereitet werden. Dies wiederum kann die Qualität der 3D-Modelle – etwa durch die Entfernung von einzelnen Bauteilen – so stark einschränken, dass Visualisierungen in AR für den Engineering-Prozess wenig aussagekräftig sind. Das »Low-Latency-Prototyping«-Programm der Deutschen Telekom bot Holo-Light eine erste Plattform, auf diesem Gebiet deutliche Fortschritte zu erzielen. Der AR-Experte erstellte ein realistisches, maßstabsgetreues Modell der Internatio­nalen Raumstation (ISS) in Echtzeit. Die Lösung konnte 80 Millionen Polygone mit einer Geschwindigkeit von 40 bis 60 Bildern pro Sekunde verarbeiten. Eine au­tarke AR-Datenbrille schafft reibungslos nur knapp 200.000 Polygone.

Darauf basierend hat Holo-Light mit »Interactive Streaming for Augmented Reality« (ISAR) eine umfassende Remote-Rendering-Lösung zur Visualisierung von datenintensiven Inhalten entwickelt. Der Grundgedanke dahinter ist die Auslagerung von anspruchsvollen Arbeitsprozessen wie Anwendungslogik oder Content-Rendering. Das bedeutet, dass die Rechenleistung nicht vom HMD selbst kommen muss, sondern von einem leistungsstarken, sicheren lokalen Server oder eben aus der Cloud bereitgestellt werden kann. Ganze Autos oder größere Produktionsanlagen lassen sich so in Echtzeit, mit jedem Detail – ohne Polygonreduktion – in 3D darstellen

Fehler sofort erkennen

Florian Haspinger CEO und einer der Gründer von Holo-Light, wurde in Tirol geboren und studierte Physik an der Universität Innsbruck. Im Masterstudium spezialisierte er sich auf Luft- und Raumfahrttechnik. Er hat eine Vorliebe für Computertechnik und
© Hololight

Florian Haspinger CEO und einer der Gründer von Holo-Light, wurde in Tirol geboren und studierte Physik an der Universität Innsbruck. Im Masterstudium spezialisierte er sich auf Luft- und Raumfahrttechnik. Er hat eine Vorliebe für Computertechnik und liebt es, Softwareprogramme in fast jeder Computersprache zu schreiben. Zusammen mit seinen Studienkollegen Susanne Haspinger (COO), Alexander Werlberger (CTO) und Luis Bollinger (CMO) gründete er 2015 die Firma Holo-Light.

Durch die Visualisierung und Interaktion mit CAD-Daten im Augmented Reality Engineering Space können Ingenieure effizienter planen und agieren. Die AR-Software ARES ermöglicht es, Fehler frühzeitig zu erkennen sowie gemeinsam an Hologrammen zu arbeiten. »Iterationsschritte und logistischer Aufwand werden deutlich verkürzt, während die Detailgenauigkeit als auch die Optionen für eventuelle Modifikationen zunehmen«, sagt Werlberger. Es zeige sich eine breite Palette an Anwendungsszenarien für AR – in vielen Abteilungen, Branchen und Anwendungsgebieten. So eignet sich Augmented Reality etwa auch für die Planung von Anlagen und Maschinen sowie für die Wartung und Qualitätskontrolle bis hin zu Schulungs- und Trainingszwecken.

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