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Schneller inzipiert mit KI und Kameras

Bildverarbeitungssystem
Schneller inzipiert mit KI und Kameras

Produktionsoptimierung hat sich das kalifornische Technologie-Startup Instrumental auf die Fahnen geschrieben. Umgesetzt wird dies mit Hilfe von Vision-Lösungen und Künstlicher Intelligenz. Dabei kommen Kameras und Bildverarbeitungstechnologie von Teledyne Flir zum Einsatz.

Eine Umfrage von Instrumental unter 100 Elektronikmarken zum Stand von neuen Produkteinführungen ergab, dass 76 % der Engineering-Zeit für Aufgaben aufgewendet werden, die leicht automatisiert oder mit besseren Daten beschleunigt werden könnten. Die Zeitverschwendung bei der Konstruktion macht es unter anderem für Unternehmen schwierig, mit der Innovationsgeschwindigkeit Schritt zu halten, die der Markt fordert. Instrumental, 2015 von ehemaligen Apple-Ingenieuren gegründet, bietet daher über seine Produktionsoptimierungs-Plattform die automatisierte Fehlererkennung, Ursachenanalyse, Berichterstattung, sicheres Produktdatenmanagement und native Tools für die Zusammenarbeit von jedem Ort der Welt an. Die Plattform aggregiert Bilder und funktionale Testdaten aus der gesamten Lieferkette und nutzt künstliche Intelligenz, um mögliche Ursachen automatisch einzuordnen. Kunden von Instrumental erhalten dadurch die Möglichkeit, die Problemlösung zu beschleunigen, schnellere Erträge zu erzielen und die Qualität zu verbessern.

Bei der Massenproduktion setzen die Bediener von Montagelinien die Produkte in Bildgebungsstationen von Instrumental ein, drücken eine Taste und warten 4 bis 5 s: Wenn die Produkte die Inspektion bestehen, wird ein grünes Licht angezeigt, und der Bediener leitet das Produkt zur weiteren Montage weiter. Bediener überprüfen das Produkt im Bildgebungssystem erneut zwischen den wichtigsten Montageschritten und stellen den Kunden wertvolle Bilddaten sowie Pass-/Fail-Ergebnisse für das Produkt in seinen verschiedenen Stadien zur Verfügung.

Das System bietet auch eine Anwendungsprogrammier-Schnittstelle (API) für elektronische Tests, Messungen und andere relevante Daten, die auf der Fertigungslinie gesammelt werden. Diese Informationen sind in der Cloud-Software von Instrumental für verschiedene Benutzer sofort verfügbar, beispielsweise für Qualitätsingenieure und andere Betriebsmitarbeiter, die auf Testergebnisse mit Bilddaten zugreifen. „Instrumental konzentriert sich darauf, die Daten für Benutzer aussagekräftiger zu machen, wodurch diese agiler sind und ihr Werk aus der Ferne verwalten können“, erläutert Tobias Harrison-Noonan, Direktor für geschäftliche Entwicklung und Lösungen bei Instrumental.

Standard- und kundenspezifische Lösungen

Instrumental bietet eine Drop-in-Bildgebungsstation – wobei es sich um die Standardlösung mit typischer Implementierung handelt – sowie kundenspezifische Optionen für die automatisierte Bereitstellung von Produktionslinien. Innerhalb der Station befindet sich eine Kamera von Teledyne Flir, in der Regel mit einem 20 MP Rolling-Shutter-CMOS-Bildsensor. Das System verwendet Linsen von Edmund Optics und verfügt über industrielle Linienbeleuchtung. Kunden haben dabei die Wahl, die Instrumental-Station als sofort einsatzbereite Lösung zu nutzen, mit einfacher Installation, die von Expertenteams in den USA und China koordiniert wird. Darüber hinaus können Kunden ihre eigene Hardware verwenden.

Für die Kameras von Teledyne Flir entschied sich Instrumental wegen des Spinnaker Software Development Kit (SDK). Harrison-Noonan: „Basierend auf unserer Forschung sah das Spinnaker-SDK extrem zugänglich aus und schien relativ einfach zu integrieren, was sich dann auch als richtig erwies.“ Darüber hinaus gibt es eine große Familie von Kameras in der Blackfly S-Serie von Teledyne Flir, was unseren Kunden die Flexibilität bietet, die Kamera mit minimaler zusätzlicher Softwareentwicklung auszutauschen.“ Als Instrumental beispielsweise kürzlich die USB3-Kamera von 20 MP Blackfly S als Standard einsetzte, benötigte das Team eine Blackfly-S-Kamera mit einem einem global Shutter, um Bildverzerrungen bei einer sich bewegenden Förderbandanwendung zu reduzieren. Instrumental musste sehr wenig Software-Modifikationen vornehmen, weil die Kamera zur gleichen Familie gehörte.

Ganz ähnlich war die Situation, als das Instrumental-Team eine monochrome Kamera mit Infrarotlichtern für eine spezifische Anwendung einsetzte, die einen Durchblick beim transparenten Material erforderte. Erneut konnte Instrumental ein anderes Blackfly-S-Modell problemlos nutzen.

Selbst wenn die Instrumental-Plattform in der Regel in Elektronikanwendungen zum Einsatz kommt, kann die Station viele unterschiedliche Produkte aufnehmen. Das Defekt-Training wird in der Cloud durchgeführt, und Instrumental berücksichtigt etwaige Sicherheitsbedenken, indem neue Benutzer auf der unternehmenskonformen Hosting-Sicherheitslösung für die verwaltete Cloud-Plattform zahlreiche Maßnahmen und Protokolle durchlaufen müssen. Der Machine-Learning-Prozess von Instrumental erfordert weniger Bilder, als dies bei einer gezielten Deep Learning-Inspektion erforderlich wäre. Die Software analysiert mehrere Terabytes an Daten und stellt Korrelationen her.

Die KI benötigt nur 30 Bilder
zum Einlernen

„Die Plattform ist absichtlich so konzipiert, dass sie allgemein wirksam ist. Es handelt sich also gerade nicht um AI-as-a-Service, bei dem das Team zwei Monate lang mit der Entwicklung eines sehr spezifischen Algorithmus beschäftigt wäre“, erklärt Harrison-Noonan. „In der Regel benötigen wir nur 30 Bilder eines Produkts, und die Künstliche Intelligenz beginnt automatisch, neue Probleme ohne Benutzereingabe zu identifizieren, was den gesamten Prozess für einen Nicht-Vision-Spezialisten wirklich vereinfacht.“

Die Inferenz findet an der Peripherie statt, typischerweise auf einem Dell-Computer mit einer leistungsstarken GPU, sodass das System schnellere Entscheidungen treffen und im Falle eines Internetausfalls weiterarbeiten kann. Sobald das System über 30 Bilder verfügt, kann es damit beginnen, Daten zu analysieren und Auffälligkeiten für den Bediener hervorzuheben, der dann ein markiertes Problem bestätigen oder entfernen kann.

Darüber hinaus können mehrere Benutzer von überall auf der Welt auf ein einzelnes Projekt zugreifen und Daten in die Schulungsphase einbringen und dann dieses Verzeichnis als zentrale Plattform für die Datenzusammenarbeit nutzen. „Konstrukteure in den USA, die die Instrumental-Plattform für die Fehleranalyse nutzen, teilen beispielsweise häufig Ergebnisse und Aktionen direkt mit Qualitäts- und Fabrikteams in Asien, um die globale Kommunikation zu beschleunigen“, so Harrison-Noonan.

Defekt-Beseitigung
mit Mikrometer-Präzision

Die Verwendung der Blackfly S 20 MP Kamera ermöglicht es der Instrumental-Bildgebungsstation, ein hohes Detailniveau zu erfassen. Dies ist für die Inspektion kleiner elektronischer Mikrobaugruppen erforderlich, bei denen bereits sehr kleine Fehler zum Ausfall führen können. Für Aufgaben wie beispielsweise die Inspektion von Mobiltelefonen misst Instrumental die Optik, stellt den Arbeitsabstand entsprechend ein und berechnet auf dieser Grundlage die Auflösung. „Instrumental verwendet einen Rechner, mit dem wir Schätzungen darüber anstellen können, wie viele Pixel erforderlich sind, um einen Defekt aufzuspüren“, erläutert Harrison-Noonan. „Normalerweise sind etwa 5 oder 6 Pixel erforderlich, um einen Defekt zu erfassen, was in etwa einer Defektgröße von 150 bis 200 µm für gebräuchliche mobile Elektronikgeräte bedeutet. Das ist im Allgemeinen auch der Wert, den wir in solchen Anwendungen anstreben.“

Während das System von Instrumental typischerweise eine Farbkamera mit sichtbarem Spektrum verwendet, hat das Unternehmen seine Palette vor kurzem um neue Datenquellen wie Infrarot- und sogar Röntgen- und 3D-Bildgebung-Technologien erweitert. „Die Unternehmen unterschiedlicher Branchen sind sich der Notwendigkeit von Cloud-Technologien bewusst beziehungsweise stehen diesen aufgeschlossener gegenüber. Das System kann ihnen helfen, ihre Metriken zu erfüllen und diese sogar zu übertreffen“, so Harrison-Noonan. „Die Kameras von Teledyne Flir verleihem unserem System die Flexibilität, neue Aufgaben zu bewältigen.“

Teledyne FLIR LLC
27700 SW Parkway Avenue
Wilsonville, OR 97070/USA
www.flir.de/mv


Die Autorin

Riana Sartori
Senior Manager Machine Vision Products
Teledyne Flir
www.flir.de/mv

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