Softwareprojekt zur Kalibrierung von LiDAR-Sensoren im Gießereiumfeld

Hintergrund

In Gießereien und Stahlwerken werden große, manuell gesteuerte Krane eingesetzt, um die Gießpfannen mit dem geschmolzenen Metall durch die Anlage zu bewegen.

In Zusammenarbeit mit der Kranbau Köthen GmbH wurde vom Fraunhofer IFF ein Assistenzsystem entwickelt, mit dem solch ein Kran in einer Gießereihalle laufend überwacht werden kann. Besonders die Aufnahme der Gießpfanne mit dem geschmolzenen Metall ist ein komplexer und verantwortungsvoller Vorgang, der vom Kranführer eine hohe Konzentration verlangt. Eine falsch eingehängte Pfanne kann zu schweren Unfällen führen. Aufgrund der Position der Kranführerkabine hat der Kranführer im entscheidenden Moment nur eine eingeschränkte Sicht auf die Szene und muss sich auf seine Erfahrung bzw. auf Unterstützung vom Boden verlassen. Das stellt eine große mentale Belastung dar.

Daher wurde ein Assistenzsystem entwickelt, dass dem Kranführer eine visuelle Hilfestellung bei der Aufnahme der Gießpfanne bietet. Insgesamt 4 LiDAR Sensoren wurden dazu fest am Kran montiert. Diese generieren laufend ein digitales Abbild (Punktwolke) des Krans und seiner Umgebung. Die relevanten Kranbauteile und die Gießpfanne werden in diesen Daten detektiert und dem Kranführer schematisch visualisiert. So kann er sich vergewissern, die Gießpfanne korrekt eingehängt zu haben.

Nun sollen auch andere Krane mit dem entwickelten Assistenzsystem ausgestattet werden. Im Rahmen jeder Neuinstallation ist notwendig, die genaue Lage und Ausrichtung der LiDAR-Sensoren zu bestimmen (Kalibrierung), damit die Daten aller Sensoren korrekt fusioniert werden können. Bisher ist diese Kalibrierung ein manueller Arbeitsschritt, der nur vom Fraunhofer IFF durchgeführt werden kann.

Projektziel

Im Rahmen dieses Softwareprojektes soll daher ein einfaches, grafisches Tool entwickelt werden, mit dem diese Kalibrierung auch von einem anderen Anwender selbstständig durchgeführt werden kann. Das Tool soll den Anwender durch den Prozess leiten und ihm die Aufgabe möglichst intuitiv und einfach gestalten.

• Teamgröße: 3-4 Personen
• Eingabe: Punktwolken der einzelnen Sensoren (werden in geeignetem Format zur Verfügung gestellt, bspw. PLY, XYZ)
• Ausgabe: Kalibrierung der Sensoren (Matrizen zur Transformation in ein einheitliches Koordinatensystem)
• Umsetzung als (einfache) GUI
• Programmiersprache: Python mit Nutzung von Open3D

Voraussetzung

• Programmiererfahrung mit Python
• Grundlegendes Verständnis von linearer Algebra (Vektor-/Matrixrechnung, 3D-Transformationen)
• Interesse an aktuellen Forschungsthemen