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Interview: Datenbrillen & Mikrodisplays

Reif für Assisted Reality

11. Mai 2021, 09:10 Uhr   |  Markus Haller

Reif für Assisted Reality
© Fraunhofer FEP | Weka Fachmedien

Prototyp eines Head-Mounted-Displays mit Durchsichtoptik für AR-Anwendungen, entwickelt am Fraunhofer FEP. Das verwendete Mikrodisplay wurde im Glass@Service-Projekt entwickelt.

AR- und VR-Brillen können die Arbeitsweise in Konstruktion, Logistik oder an Handarbeitsplätzen grundlegend verändern. Für einige Anwendungen ist die Technik schon ausgereift, für andere besteht noch Forschungsbedarf, sagen Dr. Uwe Vogel und Bernd Richter vom Fraunhofer FEP.

Das Fraunhofer-Institut für organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) entwickelt Mikrodisplays für AR/VR-Brillen und war an mehreren Projekten zur Erprobung von Datenbrillen in industriellen Anwendungsfeldern beteiligt. Pilotprojekte wurden in der Elektronikfertigung, der Wartung und der Logistik durchgeführt. Exemplarisch dafür steht das Verbundprojekt »Glass@Service«: Sechs Projektpartner untersuchten von 2016 bis 2019 den Einsatz von Datenbrillen in der Fertigung komplexer Elektronikkomponenten in verschiedenen Einsatzszenarien unter der Fragestellung, ob Datenbrillen das klassische Touch-Display als HMI ersetzen können. Über den Reifegrad von industriellen Datenbrillen sprach die Elektronik mit dem stellvertretender Institutsleiter Dr. Uwe Vogel und Abteilungsleiter Bernd Richter.

Herr Dr. Vogel, Herr Richter wie schätzen Sie den Mehrwert von Datenbrillen als HMI im industriellen Umfeld ein?

Uwe Vogel: Je nach Anwendung gibt es unterschiedliche Ziele, die mit Datenbrillen erreicht werden sollen. Typisch sind höhere Produktivität, bessere Qualitätssicherung und vereinfachter Dokumentationsaufwand. Datenbrillen erfüllen nicht alle Aspekte gleich gut und meist läuft es darauf hinaus, sich auf ein paar Hauptkriterien festzulegen und das Datenbrillensystem darauf zu optimieren. Es kommt sehr stark auf den Anwendungsfall an.

Dr. Uwe Vogel, Fraunhofer FEP.
© Jürgen Lösel

Dr. Uwe Vogel ist stellvertretender Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP. Er promovierte in biomedizinischer Technik an der TU Dresden und begann 1998 am Fraunhofer IMS/IPMS als Analog-IC-Designer. Dort begründete er die Entwicklung von OLED-auf-Silizium-Bauelementen und deren Inte­gration in Datenbrillen und Sensoren. 2010 wurde er Leiter des Bereichs OLED-Mikrodisplays und Sensorik, der im Fraunhofer COMEDD fortgesetzt und nun Teil des Fraunhofer FEP ist. Zu seinen Aufgaben gehört die Koordination von Kooperationsprojekten zu OLED-Mikrodisplays auf regionaler, nationaler und EU-Ebene.

Eine Beispielanwendung, bei der Datenbrillen hoch gehandelt werden, ist das Verlegen von Kabelbäumen im Flugzeug. Hier hat man es mit riesigen Kabellängen und einer Vielzahl von Abzweigungen zu tun. Über eine AR-Brille werden dem Monteur beim manuellen Verlegen Informationen eingespielt, wo er als nächstes verdrahten soll oder wo er eventuell einen Fehler gemacht hat. Das hohe Interesse an der Technik wird klar, wenn man bedenkt, dass die ersten Versuche schon vor Jahren gemacht wurden, als Datenbrillen noch deutlich schwerer, ausschließlich kabelgebunden und technisch
weniger ausgereift waren als heute.

Bernd Richter: Ein konkreter Anwendungsfall, den wir im Glass@Service-Projekt mit Siemens erprobt haben, ist das Rüsten von SMD-Bestückautomaten. Um den Betriebsablauf bei der Leiterplattenbestückung reibungslos zu halten, mussten die Maschinenführer immer viele Monitore im Blick behalten und das sollte durch AR-Brillen vereinfacht werden. Diesen Wunsch konnten die AR-Brillen prinzipiell gut erfüllen. Man hat im Praxiseinsatz aber auch gemerkt, dass die Hardware noch zu schwer und die Batterielaufzeit zu kurz ist, als dass ein Anwender acht Stunden damit arbeiten könnte. Allgemein kann man sagen, dass Assisted-Reality-Anwendungen recht gut funktionieren, Augmented Reality aber an ihre Grenzen stößt.

Bernd Richter, Fraunhofer FEP.
© Baldauf & Baldauf

Bernd Richter leitet seit 2017 die Abteilung »Organic Microelectronic Devices« am Fraunhofer FEP und koordiniert nationale und internationale Industrie- und Forschungsprojekte aus dem Bereich Datenbrillen, Mikrodisplays und Sensoren. Nach dem Elektrotechnikstudium an der TU Dresden arbeitete er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IPMS im System- und IC-Design für OLED-Mikrodisplays und Sensoren. 2012 übernahm er die Abteilungsleitung »IC und Systemdesign« am Fraunhofer COMEDD, die ab 2014 an das Fraunhofer FEP überführt wurde. Sein Forschungsschwerpunkt verlagerte sich seitdem auf die Integration von Organik auf Siliziumwafer.

Wo ist der Unterschied?

Vogel: Assisted Reality kommt ohne Szenenerkennung aus. Hier werden Texte in einer fixen Fokalebene ins Sichtfeld eingeblendet, zum Beispiel Anweisungen aus einem Handbuch, die dann selbstständig abgearbeitet werden. Dennoch wird über andere Sensoren Kontextsensitivität hergestellt, z.B. zur Einblendung von Echtzeitdaten. Bei Augmented Reality wird die Szene interpretiert, Objekte werden erkannt und Informationen zu einem Objekt so eingeblendet, dass sie für den Anwender gezielt am betreffenden Objekt erscheinen. Das reale Bild, das der Anwender sieht, wird also mit einem virtuellen Bild räumlich korrekt überlagert und zusätzlich noch die Arbeitssituation erkannt, sodass die jeweils passenden Informationen oder Arbeitsanweisungen eingeblendet werden können.

Richter: Für Assisted Reality gibt es bereits recht gute Datenbrillen. Eine Google Glass kann solche Aufgaben zum Beispiel schon zufriedenstellend erfüllen, aber Augmented-Reality-Anwendungen sind damit noch nicht möglich. Hier ist der Rechenaufwand deutlich höher und die Hardware fällt für ein längeres komfortables Tragen noch zu groß aus.

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2. Anwendungsfälle für Assisted Reality
3. Mikrodisplays: hohe Reife mit Preisschild

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