Optimierte Endkontrolle in der Serienproduktion von Airbag-Generatoren

Für die optis­che End­kon­trolle von Airbag-Gen­er­a­toren hat das Fraun­hofer IGD die Soft­ware AEOLIA entwick­elt, die bei der Qual­itätssicherung Zeit und Kosten spart und Mitar­beit­er ent­lastet. Sie kommt im meck­len­bur­gis­chen Laage bei der ZF Airbag Ger­many GmbH zum Ein­satz und wird derzeit weltweit auf weit­ere Stan­dorte ausgeweitet.
Deut­lich mehr als 100.000 Airbag-Gas­gen­er­a­toren ver­lassen täglich das Werk der ZF Airbag Ger­many GmbH in Meck­len­burg-Vor­pom­mern und treten ihre weltweite Reise zu den Kun­den an. Als sicher­heit­srel­e­vantes Bauteil unter­liegen die Gen­er­a­toren stren­gen Qual­ität­skon­trollen. Die visuelle End­kon­trolle im Werk bestand bis­lang aus dem Zusam­men­spiel kon­ven­tioneller Bild­ver­ar­beitungsver­fahren und der u.U. manuellen Kon­trolle durch das Produktionspersonal.
Abwe­ichun­gen vom Soll-Zus­tand wie kleine Beschädi­gun­gen oder Fremd­kör­p­er, die die Funk­tion des Airbags beein­trächti­gen, wur­den vom Sys­tem gemeldet und die Bilder daraufhin kon­trol­liert. Bei Bestä­ti­gung des Man­gelver­dachts sucht­en die Mitar­beit­er das defek­te Teil her­aus und prüften es händisch. Bei mehr als zehn Fer­ti­gungslin­ien, die alle vier Sekun­den einen fer­ti­gen Gen­er­a­tor pro­duzieren, stellt dies einen enor­men Aufwand und eine große Belas­tung an die Mitar­bei­t­en­den dar. Zeitverzögerun­gen im Ablauf und Nachkon­trollen kosten Zeit und Geld.
Im Rah­men ein­er Auf­trags­forschung erstellte das Fraun­hofer-Insti­tut für Graphis­che Daten­ver­ar­beitung IGD in Ros­tock zunächst eine Mach­barkeitsstudie und präsen­tierte Möglichkeit­en für die Umset­zung ein­er opti­mierten End­kon­trolle. Der neue Lösungsansatz überzeugte die ZF Airbag Ger­many GmbH und das Forscherteam machte sich an die Arbeit, eine Soft­ware für den pro­duk­tiv­en Ein­satz zu entwer­fen: AEOLIA – Auto­mat­ic End of Line Image Audit.

Optimierte Qualitätssicherung

Es wird erwartet, dass die Soft­ware, die in dieser Qual­ität­sprü­fung zum Ein­satz kommt, mit ein­er 100-Prozent-Erken­nungsrate arbeit­et, so dass kein defek­tes Bauteil das Werk ver­lässt. Außer­dem muss die Pseu­do­fehler­rate, also falsch pos­i­tive Fehler­markierun­gen der Bilder, auf ein Min­i­mum reduziert wer­den, da die Nachkon­trolle jedes mut­maßlich defek­ten Bauteils die Pro­duk­tion ver­langsamt. Bei AEOLIA liegt diese bei unter 0,1 Prozent. Ein weit­er­er wichtiger Aspekt: die Soft­ware muss in der Lage sein, in hoher Geschwindigkeit die Bilder zu prüfen – nahezu in Echtzeit.
Das ist die Grund­vo­raus­set­zung, damit sich die Qual­itätssicherung in einem vol­lau­toma­tisierten Ver­fahren rei­bungs­los in die Pro­duk­tion­s­abläufe ein­fügt. Sobald die Fraun­hofer-Soft­ware ein möglicher­weise defek­tes Teil iden­ti­fiziert, kom­mu­niziert sie online mit der SPS-Ein­heit der Pro­duk­tion­san­lage und das Teil wird nicht zum näch­sten Ver­ar­beitungss­chritt, son­dern zur Nachkon­trolle sortiert.

„Wir arbeit­en per­ma­nent daran, dass unsere Pro­duk­te das Werk im Top-Zus­tand ver­lassen. Die mit kün­stlich­er Intel­li­genz arbei­t­ende AEO­LIA-Soft­ware ist dabei ein wichtiger Baustein in unser­er Qualitätskontrolle.“
— Sven Wachs, Projektleiter

Intelligente und flexible Software

AEOLIA basiert auf ein­er speziellen Vari­ante eines Gauss­ian-Mix­ture-Mod­ells, also eines sta­tis­tis­chen Mod­ells zur Wahrschein­lichkeits­berech­nung. Die Soft­ware lernt, welche Schwankun­gen in der Erschei­n­ung eines Pro­duk­tes nor­mal sind und spürt gezielt Abwe­ichun­gen auf und markiert nur noch wirk­lich rel­e­vante Teile für eine manuelle Nach­prü­fung. Die dafür notwendi­gen Tem­plates wer­den mit Bild­dat­en kor­rek­ter Bilder angel­ernt. Der Vorteil: die Soft­ware kann unkom­pliziert auf neue Vari­anten angepasst wer­den. Ändert sich eine oder kommt eine neue hinzu, kön­nen die zuständi­gen Tech­niker diese selb­st­ständig anler­nen und verwalten.
Den­noch mussten sich die Mitar­bei­t­en­den auf keinen vol­lkom­men neuen Prozess ein­stellen: Eine Grund­vo­raus­set­zung der Auf­tragsen­twick­lung war das naht­lose Ein­fü­gen in die vorhan­de­nen tech­nis­chen Abläufe an der Lin­ie. Auch die Schnittstelle für die Kom­mu­nika­tion der Soft­ware mit der SPS-Ein­heit hat das Fraun­hofer IGD pro­gram­miert. Alle bis dato ver­wen­dete Soft- und Hard­ware kon­nte weit­er­ver­wen­det wer­den, was die Akzep­tanz der neuen Soft­warelö­sung pos­i­tiv bee­in­flusste: „Bei einem Vor-Ort-Ter­min kam ein Mitar­beit­er aus der Pro­duk­tion zu uns, um uns für die hil­fre­iche Soft­ware zu danken – das ist natür­lich das beste Lob, dass wir uns als Entwick­ler wün­schen kön­nen“, berichtet Tom Krause, Pro­jek­tleit­er am Fraun­hofer IGD.