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„Wir wollen Robotern das Sehen beibringen!“ – Startup HD Visions Systems stellt sich vor


Was haben Schokokekse und individuell gefertigte Turnschuhe mit 3D-Scan zu tun? Nach Christoph Garbe, Mitbegründer des Heidelberger Start-ups HD Vision Systems, eine ganze Menge: beide müssen exakten Produkt-anforderungen genügen, was nur mit genauem „Sehen“ eines Roboters gelingt. Er muss es wissen – schließlich entwickeln er und seine Kollegen Wolfgang Mischler, Sven Wanner und Benedikt Karolus einen neuartigen 3D-Scanner. Der „LumiScan“ basiert auf einem Mehrkamerasystem und einem speziellen Algorithmus: damit soll ein Roboter genauer sehen als der Mensch. Die innovative Lichtfeld-Messtechnik ihres LumiScan hat das Potential, den gesamten Markt umzukrempeln.

Anna Ries: Herr Garbe, warum bezeichnen Sie Ihren 3D-Scanner „LumiScan“ als das „nächste Level des 3D-Scans“?

Garbe: Unser 3D-Scanner besteht aus einer speziellen Hardware und Software-Kombination und arbeitet nicht wie herkömmliche Scanner mit Laser oder strukturierter Beleuchtung, sondern mit Lichtfeldtechnologie. Die macht es möglich, neben der Form auch feine Details eines Objektes zu erkennen: Kratzer im Lack oder in Carbon zum Beispiel. Bisherige Verfahren haben dagegen Probleme, wenn sie glänzende Objekte wie Metall vermessen sollen. Da der LumiScan Objektform und Oberflächeneigenschaften wie die Farbe und Glanz erkennt, ist unsere Technik bei diesen Materialien weitaus robuster. Da keine aktive Beleuchtung notwendig ist, sondern diffuses Raumlicht ausreicht, ist der Einsatz unserer Systeme einfacher und flexibler.

Ries: Wie funktioniert Ihre Lichtfeld-Technologie genau?

Garbe: Mit unserem 3D-Scanner vermessen wir Objekte mithilfe des Lichtfeldes, also dem Licht aus verschiedenen Richtungen, und generieren daraus die visuelle Information eines Objekts. Unser Mehrkamera-System funktioniert wie das räumliche Sehen beim Menschen – beim LumiScan sind es jedoch 13 „Augen“. Die zweite Komponente ist unsere Algorithmik, die die Daten verarbeitet. Erst das Zusammenspiel des von uns entwickelten Kamera-Systems und der erweiterbaren Software und ihren Schnittstellen ermöglicht die große Genauigkeit und hohe Flexibilität.

Ries: Wo finden 3D-Scanner ihre Anwendung – außer bei Google Maps oder in 3D-Kinofilmen?

Garbe: 3D-Scanner werden immer dann eingesetzt, wenn man Objekte genau vermessen möchte. Wir konzentrieren uns in erster Linie darauf, Produktionsprozesse in der industriellen Fertigung zu optimieren. Ist die Flasche, der Keks oder die Chromleiste so gefertigt, wie ich mir das vorstelle? Passt das Bauteil hinterher dahin, wo ich es weiter verbauen möchte? Natürlich geht es hier um Bruchteile von Millimetern.

Aber Roboter können Menschen auch unterstützen. Sie helfen etwa, schwere Stücke zu nehmen und zusammenzubauen. Dazu muss der Roboter wissen, wo der Mitarbeiter ist und wo die Produktion stattfindet.

Insbesondere im Rahmen der Industrie 4.0 kann unser LumiScan seine Stärken ausspielen:  Diese geht weg von der Massenproduktion und dem Förderband, auf dem immer die gleichen Flaschen oder Schrauben entlang laufen. Hier möchten die Hersteller kleinere Losgrößen, viele verschiedene Objekte und jeweils nur wenige davon – wie zum Beispiel bei individuell angepassten Turnschuhen. Für die Fertigung 4.0 muss der Roboter allerdings sehen können: Um das Objekt weiterverarbeiten zu können, muss er sich die richtigen Komponenten im Regal raussuchen, erkennen, ob sie die richtige Größe haben und wo sie hinpassen. Dies geschieht mit Hilfe unseres 3D-Scanners.

Ries: Ihr 3D-Scanner kann sogar Oberflächen eines Objekts vermessen. In welchen Bereichen ist das wichtig?

Garbe: Das Anwendungsspektrum reicht von der Automobilindustrie bis hin zur Fabrikation von Backwaren: Sind die Kekse gleich dick, groß, gleichmäßig gebräunt, oder gar verbrannt? Ist die Schokolade gleichmäßig aufgetragen?

Das ist natürlich auch für uns hoch spannend zu sehen, wie viele Prozesse da noch nicht gelöst sind. Momentan benötigt man für diese Qualitätskontrolle mehrere Sensoren, was recht aufwendig ist. Oder es stehen Mitarbeiter da, die das visuell oder manuell überprüfen. Bei unserem Besuch in mittelständischen Unternehmen waren wir überrascht, wieviel in der Produktion noch per Hand gefertigt wird. Selbst in großen Unternehmen spielt Handarbeit noch eine Rolle – viele Arbeitsschritte sind jedoch sehr monoton und fehleranfällig. Unser LumiScan ist einfach anwendbar und kann die Abläufe automatisieren, indem er mit nur einem Sensor alle relevanten Informationen ausliest: 3D, Farbinformationen und Oberflächeneigenschaften.

Ries: Sie kommen ja eigentlich aus der Physik. Wie kamen Sie da auf 3D-Scan? 

Garbe: Während meiner Promotion in Heidelberg führte ich umweltphysikalische Messungen in der Ozonographie durch, wo ich dynamische Prozesse mit bildgebenden Sensoren untersuchte. Danach leitete ich eine Arbeitsgruppe am IWR (Interdisziplinäres Zentrum für wissenschaftliches Rechnen, Universität Heidelberg), die sich mit Bildverarbeitung und Modellierung befasste und habilitierte auch zu diesem Thema.

Neben der Grundlagenforschung habe ich mich stets für die industrielle Anwendung begeistert und konnte in zahlreichen Kooperationen meine Grundlagen auf die Industrie übertragen, wobei ich mich schon früh mit der 3D-Rekonstruktion befasste.

Am HCI (Heidelberg Collaboratory for Image Processing, Heidelberg) leitete ich zusätzlich eine Arbeitsgruppe, die sich mit der Lichtfeldbildgebung befasste. Zusammen mit den PostDocs Sven Wanner und Wolfgang Mischler reifte die Idee, uns mit unseren Ergebnissen und Ansätzen selbstständig zu machen und eine GmbH zu gründen. Durch die Förderung des EXIST Forschungstransfers haben wir diesen Schritt gewagt und zusätzlich betriebswirtschaftliche Kompetenz durch Benedikt Karolus in das Team aufgenommen.

Ries: Wie lief Ihre Gründung ab und was hat sich seitdem verändert?

Garbe: Die Gründung haben wir als Vierer-Team aus der Arbeitsgruppe beschlossen – schließlich kann man unsere Lichtfeldtechnologie in der Industrie sehr vielfältig einsetzen. Da wir alle aus der Region kommen und eine gute Anbindung an die Heidelberger Uni haben, gründeten wir in Heidelberg – hier haben wir guten Zugriff auf aktuelle Forschungsergebnisse und hoch motivierte Mitarbeiter. Die Heidelberg Startup Partners unterstützten uns, den EXIST-Forschungstransfer im März 2016 zu beantragen und stehen uns seitdem mit Rat und Tat zur Seite. Mit Hilfe der Förderung, die bis Ende 2017 läuft, konnten wir Strukturen aufbauen, Demonstratoren erstellen und die Software schreiben – sieben Masterstudenten, zwei Doktoranden und vier Hilfswissenschaftler haben uns dabei unterstützt. Anfang 2017 gründeten wir dann HD Vision Systems und entwickelten erste Demonstratoren zusammen mit Pilotkunden zur Marktreife. Zudem eröffneten wir einen zweiten Standort im Cyberlab in Karlsruhe, das uns mit Arbeitsplätzen, Know-How, einem Netzwerk und einem Lead-Coach ideal unterstützt.

Ries: Wie sehen Sie den Markt für Ihr Produkt und die Zukunftsaussichten für Ihr Startup HD Vision Systems?

Garbe: Zahlreiche Unternehmen bieten 3D-Scanner an, setzen jedoch auf herkömmliche Technik. In vielen Einsatzbereichen haben wir daher mit unserem System klare Vorteile – wie bei der Fertigung von glänzenden Objekten in der Automobil- und Foodindustrie.

Zudem arbeiten wir ständig daran, unser System zu erweitern und passen es schnell und flexibel an die Bedürfnisse und Probleme unserer Kunden an. Nach der Herstellung von individuellen Komplettlösungen für unsere Pilotkunden sollen später auch fertige Baukästen erhältlich sein.

Geplant ist in Zukunft, dass Roboter mit unserem LumiScan Objekte noch feiner analysieren können und zum Beispiel Schüttgut selbstständig greifen und auf Passgenauigkeit und Qualität prüfen.

Ries: Habe ich bald selbst einen 3D-Scanner zu Hause stehen?

Garbe: Will man zu Hause Einzelstücke mit einem 3D-Drucker fertigen, braucht man auch einen 3D-Scanner, um Daten eines Objektes einzulesen. Jedoch dauert das im privaten Bereich vermutlich noch etwas. Der Umgang mit 3D-Daten wird jedoch die Zukunft sein! Durch Augmented Reality wird auch der Normalverbraucher vermehrt mit 3D-Informationen im Alltag umgehen und Dinge einscannen und ausdrucken, um sie in virtuelle Realitäten einzubinden. Es gibt auch schon Handys mit integrierter Time-of-Flight Kamera, die das 3D-Modell von Objekten oder gar einer Wohnung erzeugen können – oft ist hier aber die Genauigkeit noch nicht ausreichend. Momentan geht der Trend jedoch eher in Richtung kollektiver Scan- und Druckzentren.

Ries: Vielen Dank für dieses Gespräch!


25.07.2017 - 14:05