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ViPAS – Künstliche Intelligenz in der automatisierten optischen Sichtprüfung

In unserer Vision wird die Fabrik der Zukunft in der Lage sein, sich auf verändernde Rahmenbedingungen wie Produktvarianz, Produktionsschwankungen und Prozessanpassungen einzustellen und sich neu zu konfigurieren. Die Fabrik der Zukunft wird im Vergleich zu heute ein nie dagewesenes Maß an Flexibilität bieten. Dies hat zur Folge, dass auch Systeme zur automatisierten optischen Prüfung (AOI), die Wandlung von produktspezifischen Systemen, hin zu aufgabenunabhängigen und konvertierbaren Lösungen vollführen müssen. Der Assistent für Sichtprüfungen (Visual Inspection Assistant, ViPAS) ist unser erster Schritt in Richtung eines rekonfigurierbaren, wandlungsfähigen AOI-Systems.

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In der industriellen Fertigung ist die Qualitätskontrolle von Produkten entscheidend, um die hohen Anforderungen der Kunden zu erfüllen. Automatisierte Produktionsstraßen erreichen dies teilweise durch hochautomatisierte optische Prüfsysteme. Sie bestehen üblicherweise aus Kameras, die Bilder von zu prüfenden Teilen machen, und aus einer aufgabenspezifischen Software, die automatisch Fehler an diesen Produkten erkennt. Die automatisierte Prüfung ist nichts Neues, aber im digitalen Zeitalter erreicht der Bedarf für die Flexibilität der Automatisierung ein neues Niveau.

Eine neue Herausforderung

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Die heutigen produktspezifischen Systeme zur optischen Prüfung waren über die letzten Jahrzehnte bereits ein großer Schritt nach vorne. Nun ist es aber ein Schlüsselaspekt der Industrie 4.0, die Produktion flexibler zu gestalten. Dadurch ist der Bedarf an aufgaben- und produktflexiblen automatisierten optischen Prüfungen (AOI) gestiegen.

In Zukunft werden smarte Fabriken über Maschinen verfügen, die sich dynamisch an neue Produktionsanforderungen anpassen. Produktionsstraßen werden sich nicht mehr nur einem einzelnen Produkt widmen. Sie werden anpassbar, flexibel, konvertierbar und rekonfigurierbar sein und können so verschiedene Varianten und Generationen eines Produkts herstellen.

Automatisierte optische Prüfung (AOI)

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Die Konsequenz daraus ist, dass sich optische Prüfsysteme an ihre Aufgaben anpassen und rekonfigurierbar werden müssen. Diese Fortschritte werden durch den Einsatz künstlicher Intelligenz begünstigt bzw. erst ermöglicht. Mit dieser Vision im Blick hat Bosch Research den Visual Inspection Assistant (ViPAS) entwickelt – den Prototypen eines neuen, produktflexiblen AOI-Systems.

99,9 %

Erfolgsquote von ViPAS nach 12.000 Testläufen in einem Pilottest

ViPAS – Ein komplexes und vielseitiges optisches Prüfsystem

Das ViPAS-Projekt ist die Antwort auf vier Herausforderungen für die nächste Generation optischer Prüfsysteme. Der ViPAS-Prototyp 3 erfüllt jede dieser vier Anforderungen:

Robotersystem

Es bietet ein Robotersystem, welches eine Vielzahl komplexer Produkte greifen und manipulieren kann

Bilderfassungs- und Auswertemodul

Es enthält ein generisches Bilderfassungs- und Auswertemodul zur Fehlererkennung und Produktprüfung für verschiedene Fehlertypen

Binary Circle

Algorithmen und Rahmenbedingungen

Es stellt Algorithmen und Rahmenbedingungen zur Verfügung, damit Nutzer die Defekterkennungsverfahren trainieren können

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Benutzerfreundliche Schnittstelle

Es hat eine benutzerfreundliche Schnittstelle. So können auch Nicht-Experten den ViPAS einrichten, trainieren und betreiben – auch ohne Expertise in Roboter-Programmierung, Automatisierung oder Bildverarbeitung zu haben.

Funktionen des ViPAS Prototype 3

Zusätzlich zu einem Roboterarm, der eine Vielzahl an Teilen greifen kann, verfügt der Prototyp über hochmoderne Kameras, die Bilder in 2D oder 3D aus bis zu neun Perspektiven aufnehmen können, sowie über Beleuchtungsmodule für Hell- und Dunkelfelder.

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Deep Learning ist hierbei eine Schlüsseltechnologie für ein trainierbares System zur Fehlererkennung. Insbesondere ermöglicht es, ViPAS einfach für eine neue Aufgabe zu trainieren und zu verbessern, indem das System mit Trainingsdaten gefüttert wird. Basierend auf diesen Daten lernt die Maschine selbstständig, die Bildmerkmale zu ermitteln, aus denen die gezeigten Defekte abgeleitet werden können. Dieses „Training durch Zeigen von Bildbeispielen“ macht eine Programmierung überflüssig. Ist ein ViPAS erst einmal trainiert worden, kann das automatische Prüfen von Produkten direkt starten.

Wichtig hierbei ist, dass ViPAS über eine einfache grafische Bedienoberfläche konfiguriert, trainiert und betrieben werden kann – dies gänzlich ohne Programmierkenntnisse vorauszusetzen.

Deep Learning verwendet Algorithmen, um Daten zu analysieren und wie ein Mensch selbstständig Entscheidungen zu treffen. Das bedeutet, dass eine Maschine eigenständig lernen kann, einen Fehler zu erkennen, ohne vorher dafür programmiert worden zu sein.

So geht es weiter

ViPAS ist bisher ein interner Entwicklungsprototyp und dient als Evaluationssystem für Boschs zukünftige Maschinen zur optischen Prüfung. Nach Testeinsätzen in Werken in Nürnberg und Feuerbach sind nun weitere Evaluierungen des Konzepts in Planung. Zusätzlich werden ViPAS-Komponenten in bestehende Automatisierungsprodukte von Bosch integriert, um die Funktionalität zu verbessern.

Zusammenfassung

Bosch hat mit ViPAS ein fortschrittliches System für automatisierte optische Prüfungen entwickelt, das sich in der Fabrik der Zukunft schnell an neue Anforderungen anpassen kann. Mithilfe von Deep Learning wird ViPAS eine Schlüsseltechnologie in der Industrie 4.0 sein.

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Eduardo Monari
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