Drohne ermöglicht 3D-Erfassung von Fabriklayouts
Die Vogelperspektive einer Flugdrohne kann auch in Innenräumen in sehr kurzer Zeit wichtige Informationen zusammentragen. Im Forschungsprojekt „Instant Factory Maps“ werden aus Tausenden von Aufnahmen 3D-Ansichten von Fabriklayouts erstellt.
Der Einsatz von Flugdrohnen in Fabriken könnte die Erfassung von Daten erheblich erleichtern.
Foto: IPH
Produktionsprozesse verändern sich, neue Maschinen haben einen anderen Platzbedarf und in älteren Anlagen wurden Aspekte wie raumsparende Anordnungen und effizientes sowie ergonomisches Arbeiten noch nicht so stark beachtet wie heute – es gibt viele gute Gründe, um ein bestehendes Fabriklayout zu überarbeiten. Eine neue Gestaltung kann zur Wirtschaftlichkeit der Produktion beitragen, beginnt aber natürlich damit, die aktuelle Situationen zu erfassen. Das muss möglichst exakt passieren, um Ungenauigkeiten bei der anschließenden Analyse und Anpassung zu vermeiden. Wissenschaftler des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) haben für diese Erfassung in den vergangenen 2 Jahren eine neue Methode entwickelt: Mit einem Drohnenflug tragen sie die notwendigen Informationen zusammen und erstellen daraus eine 3D-Ansicht.
Fotogrammetrie-Software setzt Tausende von Bildern zusammen
Für das Forschungsprojekt „Instant Factory Maps“ haben die Wissenschaftler eine Flugdrohne mit 3 Kameras ausgestattet, die unterschiedlich ausgerichtet sind. So ist es möglich, während eines einzigen Fluges Tausende von Bildern aus unterschiedlichen Perspektiven aufzunehmen. In der Regel ist die Drohne nur eine halbe Stunde in der Luft.
Anschließend werden die Bilder von einer Fotogrammetrie-Software zusammengesetzt. Sie erstellt, vereinfacht gesagt, ein gigantisches Puzzle und schiebt die unterschiedlichen Aufnahmen so lange ineinander und übereinander, bis eine detailgetreue dreidimensionale Version der Fabrikhalle entstanden ist. Genau genommen handelt es sich um eine 3D-Punktwolke. Da in einer Punktwolke jeder einzelne Punkt durch eine xyz-Koordinate bestimmt ist, lassen sich auch kleine Bereiche räumlich gut zuordnen. Zudem haben die Ingenieure im Rahmen ihres Forschungsprojektes eine Methode entwickelt, um die Daten in kleinere 3D-Punktewolken aufzutrennen. Dadurch wird es möglich, einzelne Objekte zu erkennen – zum Beispiel Maschinen, Regale und Paletten. „In einem CAD-Programm können wir das 3D-Layout dann bearbeiten. Also beispielsweise Anlagen an einen anderen Ort verschieben, Maschinen löschen oder hinzufügen und auf diese Weise ein neues Fabriklayout planen“, sagt Projektleiter Dominik Melcher.
Instant Factory Maps spart Zeit und misst auch in der Höhe
Die Genauigkeit reicht laut Melcher für Groblayouts aus – die Maße werden bis auf ungefähr 5 Zentimeter erfasst. Hier sieht er zwar noch Verbesserungspotenzial, trotzdem schneide die neue Technologie schon jetzt gut ab, wenn man sie mit herkömmlichen Verfahren vergleiche. Die 2D-Layouterfassung ist nämlich sehr zeitaufwendig, weil dafür ein Ingenieur sämtliche Maße mit einem Laserscanner manuell aufnimmt. Aus dem gleichen Grund ist sie äußerst fehleranfällig. Auch gegenüber weiteren 3D-Messmethoden könnte die neue Technik im Vorteil sein. Denn diese sind bodengebunden, während die Flugdrohne selbst in sehr unübersichtlichen Hallen Winkel hinter Maschinen erfassen kann und das in jeder Höhe. „Wir können ganz einfach messen, wie viel Platz beispielsweise zwischen Hochregal und Hallendecke ist“, sagt Melcher.
So gut die Methode in der Theorie klingt, natürlich muss sie sich auch unter realen Bedingungen beweisen. Die IPH-Wissenschaftler haben dafür Versuche in 4 unterschiedlichen Unternehmen gestartet: „Mit der Drohne konnten wir innerhalb einer halben Stunde eine 800 Quadratmeter große Fabrikhalle vermessen“, sagt Melcher.
Richtlinien für Flugdrohnen in Innenräumen fehlen
Die guten Ergebnisse bedeuten jedoch nicht, dass „Instant Factory Maps“ in der finalen Version vorliegt. Die Ingenieure wollen ihre Drohne langfristig vollautomatisch durch die Hallen fliegen lassen. Derzeit wird sie noch manuell gesteuert. Die meisten Unternehmen erlauben das jedoch nur dann, wenn in der Fabrikhalle nicht gearbeitet wird. „Für den Drohnenflug im Indoorbereich gibt es noch keine Richtlinien“, sagt Melcher. „Deshalb sind die meisten Unternehmen da sehr vorsichtig.“
Das IPH hat daher ein Folgeprojekt beantragt. Ihr Ziel ist es, Richtlinien für den Indoorflug zu erarbeiten. Funktioniert schließlich irgendwann alles vollautomatisch, könnte es reichen, die Drohne per Post zum Kunden zu schicken, wo sie selbstständig die zu vermessenen Räume abfliegt und ihre Bilder zur Auswertung in eine Cloud hochlädt. Das würde die 3D-Erfassung erheblich günstiger machen und wäre besser für die Umwelt. Denn Dienstreisen von Ingenieuren könnten auf diese Weise entfallen.
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