Weg von der ressourcenintensiven optischen oder manuellen Qualitätskontrolle, hin zur effizienten Prüfung mittels Magnetfeld und KI: Diese innovative Möglichkeit bietet eine neue Technologie-Anwendung, die Expertinnen und Experten des Fraunhofer Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies CCIT im Forschungsprojekt Marquise entwickelt haben.
Ob klassische C-Ware aus Metall wie etwa Schrauben oder andere Massen-Werkstücke, ob komplexe Aluminium-Druckgussteile für die Automobilfertigung oder fertige elektronische Geräte: Spätestens vor der Auslieferung müssen alle durch die Qualitätsprüfung – bislang ein aufwändiger Prozess, der manuell oder optisch durchgeführt wurde.
Magnetfeld-basierte
Kontrolle in Sekunden
Die im Forschungsprojekt Marquise des Fraunhofer CCIT entwickelte innovative Lösung schafft Abhilfe: Statt der bisherigen ressourcenintensiven Überprüfung bietet sie eine magnetfeld-basierte Kontrolle in Sekundenschnelle. Marquise identifiziert das präsentierte Objekt und macht automatisiert optisch schwer erkennbare Produktionsfehler und Beschädigungen aus – wenn gewünscht auch schon während des Produktionsprozesses. Nach dem Ende der Forschungsphase steht die Technologie nun für den Einsatz in der Praxis zur Verfügung.
Zwei Technologien, ein Ziel
Marquise basiert auf der Integration zweier Fraunhofer-Entwicklungen: Eine der Komponenten ist das Materialerkennungssystem IndLoc des Instituts für Integrierte Schaltungen IIS – es regt leitfähige Objekte durch ein niederfrequentes Magnetfeld an. Dabei entstehen messbare Sekundärfelder, die eine einzigartige Signatur des Werkstücks als „magnetischen Fingerabdruck“ abbilden. Sowohl unterschiedliche leitfähige Materialien als auch die Ausformung eines Werkstücks und selbst minimale Unterschiede zur geforderten Norm werden dabei erkannt – echtzeitfähig und hochgenau.
„Um die Use Cases weiter auszubauen und IndLoc zur Identifikation zigtausender Objekte einsetzen zu können, setzen wir mit Marquise auf die Kombination von Algorithmen und KI“, so Tobias Dräger vom Fraunhofer IIS. „Auf diese Weise können wir das Potenzial von großen Datenmengen für unterschiedliche Einsatzbereiche heben.“
Datenverarbeitung auf KI-Basis
Mit der Materialerkennung durch IndLoc verbunden ist deswegen als zweite Komponente ein System zur leistungsfähigen Datenverarbeitung auf KI-Basis vom Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS. Unter Berücksichtigung spezieller Ausprägungen der erfassten Signale und physikalischer Gesetze von Magnetfeldern lässt es sich dateneffizient auf die Erkennung einzelner Objekte oder Objektgruppen trainieren. Machine-Learning-Modelle, moderne neuronale Netze und eine hocheffektive Datenverarbeitung sorgen dafür, dass die Anwendung auch die geringste Abweichung von der „gelernten“ Norm mittels Outlier-Detection-Algorithmen identifiziert – selbst in Bereichen, die durch klassische Computer-Vision-Methoden zur Objekterkennung nicht differenzierbar sind.
Effizient, genau und vielfältig einsetzbar
Marquise besticht durch Schnelligkeit und Präzision – nicht nur gegenüber manueller Prüfung. Die Anwendung ist auch anderen gängigen Prüfmethoden überlegen: Anwendende benötigen weder ein großes, schwer bedienbares Gerät in Strahlenschutzumgebung wie beim Einsatz von Röntgentechnik. Noch nehmen Verdeckung oder Verpackung, schlechte Lichtverhältnisse oder Schmutz Einfluss auf das Messergebnis – wie beispielsweise bei optischen Verfahren. Die magnetfeld-basierte Qualitätskontrolle ist somit anhand eines vergleichsweise kleinen, automatisierten Zwischenschritts auch in den laufenden Betrieb ganzer Fertigungslinien integrierbar.
Prüfung von Legierungen
Dank des einfachen, kostengünstigen Aufbaus von Marquise ist die Anwendung aber auch anderweitig einsetzbar, zum Beispiel bei der Prüfung von Materialzusammensetzungen und Legierungen. „Darüber hinaus sind viele weitere Felder möglich“, so Tobias Dräger. „Marquise könnte beispielsweise auch in der Medizintechnik verwendet werden, um im OP-Bereich zu unterstützen und zum Beispiel das korrekte Instrument zu identifizieren. Oder als Detektor für leitfähige Materialien – denken Sie an Alternativen zum aufwändigen Röntgen, das Aufspüren metallischer Fremdkörper in Lebensmitteln oder auch die effektive Mülltrennung.“ Weil Marquise auch durch Verpackungen „blickt“, bietet die Anwendung selbst bei Wareneingangs- und -ausgangskontrollen oder der Retourenprüfung große Vorteile: Produkte können ohne Auspacken anhand ihrer metallischen Bestandteile effizient erkannt und überprüft werden. (bt)
