Optische Systeme zur automatisierten Qualitätskontrolle sind in zahlreichen Branchen längst Standard. Dazu zählen einfache Farbsensoren und Code-Lesegeräte ebenso wie komplexe 3D-Mehrkamera-Messsysteme. In vielen Anwendungen kommen konventionelle Bildanalysemethoden zum Einsatz. In der Anwendung von KI-Algorithmen benötigen optische Qualitätsprüfsysteme in industriellen Montage- und Fertigungsanlagen zum Training allerdings eine große Anzahl von Bildern. Prüffähige Bauteile oder Produkte stehen jedoch vor dem Serienstart in aller Regel nicht zur Verfügung – und damit auch noch keine Bilder. Das effektive Training kann somit erst mit dem Produktionsstart beginnen. Je nach Aufgabenstellung und Komplexität verschiebt sich das finale ‚Go‘ für den Prüfprozess mitunter zeitlich weit nach hinten. Ist die zu prüfende Stückzahl klein, sind Aufwand und Kosten pro Prüfteil vergleichsweise hoch. So bis Juli 2023 auch im BMW-Werk Dingolfing: Eine Prüfzelle konnte erst dann in Betrieb genommen werden, wenn ausreichend Referenzbilder von echten Fahrzeugen vorlagen – je nach Prüf- und Merkmalsumfang mitunter eine Herkulesaufgabe mit erheblichem Zeitaufwand. Daher forcierte BMW zusammen mit den Bildverarbeitungsexperten von VisionTools eine Lösung, die verlässliche Bilddaten bereits vor dem Serienstart zur Verfügung stellt.

Die Prüfzelle

Im Minutentakt laufen unter anderem Modelle des neuen 4er-Cabrios über eine Montagelinie in die Prüfzelle ein. Mithilfe zweier Kameras analysiert die Station vollautomatisch, ob im Bereich der beiden Heckleuchten jeweils drei Gummistopfen vorhanden beziehungsweise korrekt gesteckt sind. Fehler und Unregelmäßigkeiten jedweder Art registriert das Kamerasystem sofort. Per Display erhält ein Mitarbeiter den Auftrag zur Nachbesserung.

In wenigen Schritten vom CAD-Modell zum virtuellen Trainingsbild: Synthetisch erzeugte Kamerabilder aus CAD-Daten für das KI-Training zur Prüfung ab Bauteil 1 im realen Bildverarbeitungsprozess.

© Vision Tools

Nur auf den ersten Blick arbeitet die von VisionTools realisierte Prüfzelle zur Stopfenkontrolle am Heckleuchtentopf wie eine gewöhnliche Station. Doch dahinter steckt ein grundlegend neuartiger Ansatz, der einem Paradigmenwechsel bei Prüf- und Inspektionsprozessen gleichkommt: Auf Basis zur Verfügung gestellter CAD-Daten generiert die Bildverarbeitungslösung vor dem Serienstart auf Knopfdruck beliebig viele virtuelle, realitätsnahe Abbildungsvarianten des Prüffeldes. Dabei fließen sämtliche Merkmale mit in die Simulation ein, die im realen Prüflauf auftreten und Einfluss auf das Bildergebnis nehmen können. Berücksichtigt werden beispielsweise Positions- und Lagetoleranzen des Werkstücks sowie der relevanten Bildverarbeitungskomponenten wie Kamera und Beleuchtung. Oberflächeneigenschaften wie Material, Farbe und Reflexionsgrad können in der Simulation weit stärker randomisiert werden, als dies in der 
Realität der Fall wäre. Ebenso werden Eigenschaften wie die optische Verzeichnung, die Schärfentiefe der Kamera und des Objektivs berücksichtigt. Da die Abmessungen der Prüfstation in aller Regel bekannt sind, können im virtuellen Raum auch Kameras und Beleuchtungen ergebnisoptimal platziert werden.