In der Qualitätssicherung gibt es viele anspruchsvolle Aufgaben, die nur mit einer aufwendigen und präzisen Messtechnik gelöst werden können. Dazu zählt zum Beispiel die Prüfung der Nähte eines Airbags im Cockpit des Autos. Hier können bereits kleinste Defekte dazu führen, dass das System in der Praxis versagt. Ein weiteres Beispiel ist die Kontrolle von Linsen in optischen Bauteilen. Die zugehörigen Messaufbauten sind nicht weniger komplex und mussten bislang für jede neue Messaufgabe neu ausgelegt und in Laborversuchen optimiert werden. Der Aufwand war entsprechend hoch und variierte je nach Größe und Beschaffenheit des Objekts.
Das soll sich nun ändern. Die Hochschule Landshut startete im August letzten Jahres die Entwicklung eines innovativen Verfahrens, mit dem sich kamerabasierte 3D-Messaufbauten effizienter als bisher realisieren lassen. Dabei kommen Modellbildung und künstliche Intelligenz (KI) unterstützend zum Einsatz. Das Projekt trägt den Titel „Modellbildung und künstliche Intelligenz für bessere Sensorsysteme in der 3D-Messtechnik“ (KISSMe3D). Am Projekt beteiligt sind der Messtechnik-Spezialist Micro-Epsilon mit Sitz in Ortenburg und das Institut für Softwaresysteme in technischen Anwendungen der Informatik (Forwiss) der Universität Passau.
Um die komplexen Messaufbauten auslegen und optimieren zu können, soll das erforderliche Ingenieurswissen und die zugehörige Erfahrung im Rechner nachgebildet werden. Das geschieht mit einer cleveren Kombination aus Methoden der physikalischen Modellierung, wie sie auch für die Visualisierung bei Videospielen genutzt werden, und künstlicher Intelligenz. Zu den Messverfahren, bei der diese neue Methode eingesetzt werden kann, gehören das Lichtschnittverfahren, die Deflektrometrie für die Messung von spiegelnden Oberflächen wie Linsen oder Smartphone-Displays und die Streifenprojektion für matte Gegenstände wie zum Beispiel Spritzguss-Kunststoffteile.
Als Lichtquelle kommen Laser, Bildschirm und Projektor zum Einsatz. Diese müssen, zusammen mit den Eigenschaften der verwendeten Kameras möglichst realistisch am PC beschrieben werden, damit die optimale Anordnung für jede neue Messaufgabe sozusagen auf Knopfdruck ermittelt werden kann. Auf diese Weise soll sich der Entwicklungsprozess enorm beschleunigen lassen. „Die Konzeptionierung, die aktuell durchaus mehrere Wochen bis Monate dauern kann, erfolgt dann vollautomatisch im Rechner“, freut sich Prof. Dr. Christian Faber, Projektleiter an der Hochschule Landshut, der mit seinem wissenschaftlichen Mitarbeiter Simon Hartel vor allem für die physikalische Modellbildung zuständig ist.
Kameras, Objektive, Bildschirm und Projektor lassen sich am PC so modellieren, dass ein digitaler Zwilling entsteht. Es müssen also nicht mehr Kameras praktisch montiert werden, sondern dies lässt sich alles im Rechner simulieren. „Ab einem gewissen Punkt lohnt es sich allerdings nicht mehr, die Modellierung immer genauer und damit den digitalen Zwilling immer naturgetreuer zu machen“, erklärt Prof. Faber. „Das gilt vor allem für Objekte mit komplexer Oberflächenstruktur. An dieser Stelle setzt dann die künstliche Intelligenz ein, die aus den Messdaten selbst lernt.“
Das intelligente System optimiert sich also für die neue Messaufgabe automatisch, was für die Fertigung natürlich ein großer Vorteil ist. Das Ziel ist, die Einrichtungszeit bei der Inbetriebnahme um ein Vielfaches zu reduzieren und ein optimales Messsystem auf die Beine zu stellen, das sich beim Anwender durch selbstadaptierende Sensorik automatisch kalibriert und weiter anpasst.
Die praktische Umsetzung des ehrgeizigen Projekts erfordert vielseitige Kompetenzen in den Bereichen optische und physikalische Grundlagen, KI-Methoden, Algorithmik und Sensortechnik. Zudem sind Kenntnisse über die industriellen Anforderungen unverzichtbar. Die drei Projektpartner ergänzen sich dabei auf ideale Weise. Während an der Hochschule Landshut die Modellbildung für die optische Messtechnik im Vordergrund steht, liegt der Schwerpunkt KI-Entwicklung bei der Universität Passau. Das Unternehmen Micro-Epsilon fokussiert sich auf die Spezifikation der Anwendungsszenarien, die Bereitstellung geeigneter Sensorkomponenten und den Aufbau der Demonstratoren.
Hochschule Landshut
Am Lurzenhof 1
84036 Landshut
Tel. +49871506191
www.haw-landshut.de
Infos zum Projekt
Das Projekt mit dem Titel „Modellbildung und Künstliche Intelligenz für bessere Sensorsysteme in der 3D-Messtechnik“ (KIISSMe3D) läuft noch bis Januar 2025. Projektleiter ist Professor Christian Faber an der Hochschule Landshut. Projektpartner sind das Institut für Softwaresysteme in technischen Anwendungen der Informatik (Forwiss) an der Universität Passau und Messtechnik-Spezialist Micro-Epsilon mit Sitz in Ortenburg als Konsortialführer. Die Gesamtkosten für das Projekt belaufen sich voraussichtlich auf 2,27 Millionen Euro. Die Finanzierung erfolgt über das Forschungs-Programm „Informations- und Kommunikationstechnik“ des Freistaats Bayern mit einer Fördersumme von 1,24 Millionen Euro. Die Hochschule Landshut wird mit 362.100 Euro unterstützt.
Vielfältige Projektthemen für Unternehmen
Die Hochschule Landshut mit seinen rund 120 Professoren steht für Lehre, Weiterbildung und angewandte Forschung. Die sechs Fakultäten Betriebswirtschaft, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen, Informatik, interdisziplinäre Studien, Maschinenbau und Soziale Arbeit bieten mehr als 50 Studiengänge an. Das Angebot ist dabei auf die aktuellen und künftigen Anforderungen des Arbeitsmarktes ausgerichtet. Die 4.600 Studierenden profitieren vom Praxisbezug der Lehre, der individuellen Betreuung und der modernen technischen Ausstattung. Für Forschungseinrichtungen und Unternehmen bietet die Hochschule eine breite Palette an Projektthemen, die von wissenschaftlichen Fachkräften betreut und umgesetzt werden.
