Bildverarbeitung mit Lerneffekt

Qualitätsinspektion erhält einen immer wichtigeren Stellenwert in der industriellen Produktion. Ob motiviert durch immer strengere Sicherheitsvorschriften oder durch hohe ästhetische Anforderungen – eine automatische Kontrolle kann die Zuverlässigkeit der Qualitätssicherung erhöhen und gleichzeitig deren Kosten deutlich reduzieren. Während handelsübliche Bildverarbeitung vorwiegend zur Überprüfung der Maßhaltigkeit eingesetzt wird, sind Lösungen zur Detektion von qualitativen und nicht klar definierten Defekten wie Kratzern, Verfärbungen oder anderen produktionsbedingten Fehlern auf Oberflächen selten und meist nur sehr umständlich umzusetzen. Oft ist daher die manuelle optische Inspektion nach wie vor die einzige praktikable Option.

Maschinelles Lernen, orientiert an menschlichen Fähigkeiten

Inspiriert durch die beeindruckende Leistungsfähigkeit des menschlichen Sehsystems hat das schweizerische Unternehmen ViDi Systems eine Serie von Algorithmen entwickelt, um die Herausforderungen in der optischen Inspektion anzugehen. Ähnlich wie bei Kindern, die problemlos fehlerhafte Teile identifizieren können, nachdem sie einige fehlerfreie Teilegesehen und diese ›gespeichert‹ haben, können die Algorithmen selbstständig das Modell einer komplexen Oberfläche ›erlernen‹. Dieses Modell beinhaltet nicht nur die Eigenheiten des zu betrachtenden Objekts, sondern das gesamte Inspektionssystem inklusive Kameraposition, Optik und Beleuchtung. Dadurch wird der oft komplexe und teure Prozess vom Design bis zur Implementierung und Inbetriebnahme von automatischen optischen Prüfsystemen sehr stark vereinfacht.

ViDi bietet eine äußerst ökonomische und wirkungsvolle Lösung für die visuelle Qualitätsinspektion an, die sich auf die jüngsten Errungenschaften im Bereich des maschinellen Lernens stützt und die enormen Rechenleistungen moderner Grafikkarten nutzt. Mit dem Inspektionssystem ›V1500‹ wurde diese neue Technologie in ein Standardprodukt zur Inspektion von flachen Teilen integriert (Bild 1). Die Maschine verfügt über ein durch Linearmotoren angetriebenes Portal, das die Inspektionskamera inklusive Optik und Beleuchtung über die zu inspizierenden Objekte bewegt. In der einfachsten Ausführung werden die Prüfteile mithilfe der seitlichen Schublade an der Maschine zugeführt. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Schublade durch ein automatisiertes Zuführsystem zu ersetzen oder eine komplette Integration in eine Produktionslinie zu realisieren.

Eigenständige Fehleranalyse

Eine konkrete Beispielanwendung ist die Inspektion von kleinen Zahnrädern (D ≈ 10 mm), die in radialer Richtung gebürstet sind und somit über eine dekorative Textur verfügen. Da es sich bei der Bürstung um einen stochastischen Produktionsprozess handelt, werden keine zwei Teile die exakt gleiche Textur aufweisen. Trotzdem gibt es eine Reihe von Aspekten, wie zum Beispiel feine Kratzer in eine nicht radiale Richtung oder leichte Verfärbungen und Flecken, die zuverlässig gefunden werden müssen. Für das Einlernen werden 30 Gutteile in die V1500 eingelegt. Die Konfiguration und der eigentliche Lernprozess (Rechenzeit des Systems) beanspruchen circa 30 Minuten. Danach ist das System in der Lage, zuverlässig und eigenständig die oben erwähnten Fehler zu erkennen (Bild 2).

Die von ViDi entwickelte Technologie ermöglicht eine Automatisierung von Prüfaufgaben, die aufgrund ihrer Komplexität bisher noch vorwiegend durch den Menschen ausgeführt werden. Die nun automatische Inspektion ist nicht nur zuverlässiger, sie gewährleistet auch einen hohen Grad an Flexibilität.

Autor:
Dr. RETO WYSS ist VR-Mitglied bei
der ViDi-Systems SA in Villaz St-Pierre/Schweiz;
info@vidi-systems.com

Hersteller:
ViDi Systems SA
CH-1690 Villaz-St-Pierre
Tel. +41 26 6537230
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