In der modernen Industrieproduktion, insbesondere im Automobilbau, werden viele Verbindungen zwischen Einzelkomponenten nicht mehr geschraubt, geklebt oder geschweißt, sondern durch Steckverbindungen zusammengehalten. Aber sind die Verbindungen wirklich alle korrekt gesteckt? Eine Möglichkeit, dies zu überprüfen, haben Forschende am Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT in Oldenburg entwickelt. Aus dem Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA stammt ein System, das erkennt, ob Teile korrekt verbunden sind – basierend auf dem Geräusch, das bei jedem Steckvorgang entsteht.
Zunächst erfassen Mikrofone das Geräusch, dann wird es von Algorithmen analysiert. Schließlich gibt das System positive Rückmeldung oder es sendet eine Warnung, wenn es einmal nicht richtig Klick gemacht hat. Davon profitieren Mitarbeitende sowie automatisierte Roboter-Systeme. Das Feedback an einen Menschen kann akustisch, optisch oder auch taktil, zum Beispiel über Vibration, erfolgen. Ein Roboter bekommt die notwendige Information direkt aus dem Sensorsystem. „Mit dieser Technologie rücken wir einem Problem bei der Montage von Automobilen zu Leibe“, sagt Danilo Hollosi, Gruppenleiter Akustische Ereignisdetektion. Automobile haben in der Regel mehrere Hundert Steckverbindungen. Wenn bei der Fertigung eine einzige dieser Verbindungen nicht richtig einrastet und der Fehler erst bemerkt wird, nachdem das Auto an den Kunden geliefert wurde, dann muss der Wagen zur Nachbesserung zurück. „Das ist ärgerlich für die Besitzerin oder den Besitzer, und die Autohersteller verlieren Zeit und Geld. Bei den niedrigen Margen in der Massenproduktion wird das zum ernsthaften Problem“, so Hollosi. Hier schafft das audiobasierte Monitoring Abhilfe.
Innovatives Akustikverfahren
Herzstück der Audiotechnologie des Fraunhofer-Teams aus Oldenburg sind ausgetüftelte Algorithmen. Diese sind sogar in der Lage, in der lauten und dynamischen Umgebung einer Fabrikhalle einzelne Klicks zu isolieren und zu analysieren. Für die Forschenden war es eine echte Herausforderung, das System mit dieser Fähigkeit auszustatten. Schließlich klingen die Klick- Geräusche oft sehr ähnlich. »Wir arbeiten seit vielen Jahren an Akustikverfahren im Bereich der Geräuscherkennung und -analyse. Unser System kann heute sehr nahe beieinander liegende akustische Signale zuverlässig auseinanderhalten und untersuchen«, erläutert Hollosi. Die Experten aus Oldenburg haben auch die Störgeräuschreduktion weiterentwickelt, damit Umgebungsgeräusche wirksam ausgeblendet werden – ohne die Signalqualität des Klick-Geräusches zu beeinträchtigen. Bei Bedarf können weitere Sensoren eingesetzt werden, die eine noch robustere Arbeit gewährleisten.
Die Prüftechnik lässt sich in der Produktion auf verschiedene Weise installieren. Zum einen kann sie Bestandteil der Sensorik in der automatisierten Fabrik sein, zum Beispiel am Arm eines Roboters. Zum anderen könnte eine kompakte Hardware-Box mit Mikrofon und integriertem Mini-PC zur Verarbeitung der Audiodaten an der jeweiligen Arbeitsstation platziert werden. Das Mikrofon ließe sich aber auch in einem Arbeitshandschuh des Werkers integrieren. »Sogar die Kombination mit einer speziellen Smartwatch ist machbar«, erklärt Hollosi.
Für die Industriekunden kann das System beliebig konfiguriert und an individuelle Bedürfnisse angepasst werden. Die audiobasierte Technologie passt nicht nur in den Trend, die Fertigungsschritte in der Produktion durch Sensoren zu kontrollieren und dadurch sicherer und zuverlässiger zu gestalten. Sie erhöht auch die Effizienz merklich und senkt gleichzeitig die Kosten. Natürlich freuen sich auch die Kunden, wenn ihr sehnsüchtig erwartetes Automobil fehlerfrei vom Band rollt.
Forschung am Fraunhofer IDMT
Der Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT wurde im Jahre 2008 als Projektgruppe gegründet. Er steht für marktnahe Forschung und Entwicklung mit Schwerpunkten auf Sprach- und Ereigniserkennung, Klangqualität und Sprachverständlichkeit sowie mobile Neurotechnologie und Systeme für eine vernetzte Gesundheitsversorgung. Mit eigener Kompetenz in der Entwicklung von Hard- und Softwaresystemen für Audiosystemtechnologie und Signalverbesserung setzen die über 100 Mitarbeitenden am Standort Oldenburg wissenschaftliche Erkenntnisse in kundengerechte, praxisnahe Lösungen um. Die Arbeit der Forscher an dem System zur Erkennung fehlerhaft eingesetzter Steckverbindungen wurde gefördert durch das Programm »Vorab« des Niedersächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kultur und der Volkswagen Stiftung. Erstmals öffentlich präsentiert wurde das System auf der Hannover Messe 2023. (dak)
