Die manuelle Inspektion und die Endabnahme vieler Produkte in der Montage sind häufig fehleranfällig. Bei einer Vielzahl an zu prüfenden Variationen können diese Vorgänge außerdem anspruchsvoll sein und wertvolle betriebliche Ressourcen binden. Gut ausgebildete Mitarbeitende für visuelle Inspektionsaufgaben einzusetzen ist gerade vor dem Hintergrund des Fachkräftemangels zunehmend kritisch zu sehen. Dies trifft neben der Automobil- und ihrer Zulieferindustrie auch verstärkt auf den Bereich der Luft- und Raumfahrt- sowie die Elektroindustrie zu. Werden Produkte falsch oder fehlerhaft ausgeliefert, sind nicht nur Kunden unzufrieden. Eine mühselige Nacharbeit ist oft das Ergebnis, mitunter auch ernsthafte Sicherheits- oder Geschäftsrisiken.
Während KI-Algorithmen mittlerweile visuelle Prüfaufgaben mit höherer Performance als Menschen durchführen können, scheitert der industrielle Einsatz oft an mangelnder Datenverfügbarkeit, hohem Aufwand für die Datenakquise oder mangelnder Flexibilität. Spezielle Herausforderungen stellen Prüfaufgaben an komplexe oder variantenreiche Produkte. Die Vielzahl der Prüfmerkmale treibt in diesen Fällen den Aufwand für die Datenaufnahme. Zudem werden KI-Experten zum Training und zur Qualitätssicherung der KI-Modelle benötigt. Ändern sich Prüfmerkmale oder kommen neue Inspektionsobjekte hinzu, wiederholt sich der Aufwand. Automatisierte Inspektionssysteme möglichst einfach und flexibel handhaben zu können ist hingegen der Wunsch von Anwenderseite. Die Mitarbeitenden auf dem Shopfloor sollen in der Lage sein, die Systeme zu nutzen.
Cobot und Few-Shot Learning als Schlüssel zum Erfolg
Mit Inspectsys hat Gestalt Robotics eine automatisierte Inspektionslösung entwickelt, die Montage- und Konfigurationsprüfungen übernimmt und den steigenden industriellen Anforderungen gerecht wird. Entscheidender technologischer Schlüssel ist hier ein intuitiver No-Code Ansatz für die Bedienung des Systems sowie effiziente KI-Modelle, welche sich mit wenigen Bildbeispielen trainieren lassen. Kernstück ist ein kollaborativer Roboter (Cobot), der die Kamera für die Sichtprüfung führt. In kürzester Zeit können so beliebige Objekte von mehreren Seiten geprüft werden.
Neue Prüfaufgaben lassen sich von den Mitarbeitenden durch die haptische Führung des Roboters und die Aufnahme weniger Beispiele für positive und negative Prüfmerkmale innerhalb von Minuten anlernen – ohne eine Zeile Programmiercode schreiben zu müssen. Zudem ist das System sofort einsatzfähig, zeitraubende Trainingsprozesse auf Spezialhardware entfallen. Auch anspruchsvolle Prüfpläne kann man so in kurzer Zeit erstellen und anwenden. Das effiziente Anlernen von Prüfaufgaben erfolgt dabei über eine eigens entwickelte Few-Shot-Learning-Methode, die darauf spezialisiert ist, Unterschiede in Bilddaten zu erkennen und messbar zu machen.
Die weiterführend enge Integration der Bildverarbeitung in eine flexible Steuerung des Cobots erfolgt über die Manipulator-Plattform von Gestalt Robotics. Kollisionen zu vermeiden ist eine ihrer Aufgaben, Pfadoptimierung eine andere. Sie stellt zudem Schnittstellen zur Anlageintegration bereit, über OPC-UA oder MQTT sowie zu höheren Steuerungssystemen wie MES oder ERP. Derart lässt sich eine Liniensteuerung sowie eine Auftragsvorgabe aus ERP-Systemen nahtlos integrieren. Auch können Prüfberichte und -statistiken automatisiert abgelegt und ausgewertet werden. Möchte ein Anwender zu Kameras und Roboter unterschiedlicher Hersteller wechseln, so erlaubt die Software-definierte Architektur der Systemlösung dies, je nach Anforderung der Prüfaufgaben oder Präferenz des Anwenders.
Inspectsys ist außerdem durch zahlreiche Zusatzmodule erweiterbar: Ergänzend zu Prüfaufgaben bei der Konfiguration werden Produkte auf nicht explizit definierte Anomalien überprüft. Auch das Registrieren von Text- und Seriennummern über OCR-Algorithmen gehört zum modularen Baukasten, wie auch das Erkennen von Bar-, QR- und Datamatrix-Codes. Fortgeschrittene Analysen über die Zeit oder Batches bis hin zur Prädiktion von Qualitätsparametern sind ebenfalls möglich.
Einsatzgebiete in der Montage
Primäres Einsatzgebiet von Inspectsys ist die End-of-Line-Inspektion, die Endabnahme von Produkten am finalen Abschnitt einer Montagelinie – bevor die Ware an den Kunden ausgeliefert wird. Um Nacharbeit auf ein Minimum zu reduzieren, lässt sich die Systemlösung auch an definierten Qualitätsprüfpunkten innerhalb der Prozesskette der Montage integrieren. Fehler können somit dort erkannt und korrigiert werden, wo sie entstehen. Die End-of-Line-Prüfung kann dabei erweitert werden auf dedizierte Inline-Prüfpunkte, sodass Qualitätsparameter präzise nachverfolgt werden können. Redundante Hardware zu vermeiden und die Software-Basis effizient zu skalieren sind weitere Möglichkeiten, die die vollständig virtualisierte Software mithilfe von Factory-Cloud und Edge-Computing-Ressourcen bietet.
In naher Zukunft wird es zusätzlich eine mobile Version von Inspectsys geben, die die Nutzer ortflexibel einsetzen können. Diese mobile Variante wird aktuell mit einem OEM-Anwendungspartner aus der Automobilindustrie entwickelt. Das System wird dann für Fertigungsverfahren wie das Schweißen kompatibel sein.
