PhoTo3D
Einführung
In Zeiten von Corona rückt das Mammutprojekt „Eindämmung des Klimawandels“ stark in den Hintergrund. Die FHWS wirkt diesem Problem entgegen und forscht im Rahmen des Projektes „PhoTo3D“ (Photogrammetrische Erfassung von Rohrleitungssystemen sowie Erstellung von 3D-Modellen durch automatisierte Reverse Engineering-Prozesse) aktuell an der Automatisierung und der Digitalisierung der Arbeitsprozesse zur Dämmung von Industrieanlagen und Rohrleitungssysteme (Abb. 1). Ziel ist die schnellere, passgenauere und kostengünstigere Durchführung der dafür notwendigen Arbeiten, um damit die Attraktivität zur Umsetzung energetischer Einsparmaßnahmen zu steigern.
Das zweijährige Projekt PhoTo3D wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und ist im März 2020 gestartet. Durchgeführt wird es in Kooperation mit dem mittelständischen Unternehmen „Schwartmanns Maschinenbau GmbH“ aus Wesseling (NRW). Der international tätige Marktführer fertigt Maschinen sowie die dazugehörige Software für die Herstellung von passgenauen Dämmungen und Blechverkleidungen.
Bisherige Arbeitsweise bei der Durchführung der Dämmmaßnahmen
Der Kooperationspartner Schwartmanns produziert in erster Linie Maschinen zur Herstellung einer „Zwei-Komponenten“-Dämmung. Das zu dämmende Rohr wird mit einem flexiblen Dämmstoff (z.B. Mineralwolle) umwickelt, welcher dann mit einer, auf den Schwartmanns Maschinen maßangefertigten Blechhülle umschlossen und damit geschützt wird (Abb. 2 und Abb. 3).
Der Isolierer fertig zur Dokumentation eine technische Zeichnung, in der alle relevanten Maße des Objekts vermerkt werden, die für die Herstellung der Dämmung von Nöten sind. Im nächsten Schritt erfolgt die Übergabe dieser Maße an die Software von Schwartmanns und damit die digitale Planung der Dämmung. Der Entwurf wird anschließend über eine Schnittstelle an die Fertigungsmaschine übergeben, welche die Einzelteile der Blechhülle fertigt. Diese können dann zusammen mit dem manuell zugeschnittenen Dämmstoff am Objekt angebracht werden.
Ziel des Projekts
Diese oben genannte, hauptsächlich von manueller Arbeit geprägte Arbeitsweise, soll durch einen automatisierten, digitalen Workflow ersetzt werden. Ziel ist die Entwicklung eines kostengünstigen Messsystems zur berührungslosen Digitalisierung des Aufnahmeobjekts. Nach der Aufnahme sollen die zu dämmenden Geometrien (z.B. Rohrleitungssysteme) auf Basis der Messdaten digital rekonstruiert werden. Hierbei bietet sich bereits vor der Fertigung eine virtuelle Anbringung der Dämmung am Computer an, um Kollisionen mit vorhandenen Objekten auszuschließen beziehungsweise, falls vorhanden, durch eine Änderung der Planung zu umgehen. Im letzten Schritt soll über eine Schnittstelle die geplante Dämmung direkt an die Fertigungsmaschine übergeben werden.
Neuer Ansatz und erste Ergebnisse
Das Messprinzip der Stereokamera ist mit dem menschlichen Sehen vergleichbar. Durch zwei Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven ist eine räumliche Wiedergabe der Objekte möglich. Der Abstand und die Ausrichtung der Kameras wird vor der Messung im Rahmen einer Kalibrierung hochgenau bestimmt, sodass aus den Bildern eine maßhaltige Rekonstruktion des Aufnahmeobjekts möglich ist.
Daher wird in einer eigens entwickelten Software die Rekonstruktion der Objekte direkt auf Basis der aufgenommenen Bilder durchgeführt. Hierfür werden zunächst die Objektkanten mithilfe eines Kantenfilters (Abb. 5) sowie weitere Informationen mithilfe unterschiedlicher Algorithmen aus dem Bereich Computer Vision aus den Bildern extrahiert Daraus können anschließend halbautomatisiert die benötigten 3D-Regelgeometrien (z.B. Zylinder für gerade Rohrelemente beziehungsweise Torus-Segmente für Rohrbögen, …) berechnet werden.
