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Mittwoch, 01 September 2021 11:59

Viele Augen für viele Aufgaben: Qualitätssicherung durch Intelligenz und exzellente Auflösung

von Dr. Jörg Schambach
Geschätzte Lesezeit: 2 - 4 Minuten
Abb.1: Typische THT-Fertigungsstraße mit manueller Bestückung und nachgelagerter Inspektion (MultiEyeS inline) Abb.1: Typische THT-Fertigungsstraße mit manueller Bestückung und nachgelagerter Inspektion (MultiEyeS inline)

In der industriellen Produktion werden trotz der rasant zunehmenden Automatisierung auch in absehbarer Zukunft noch sehr viele Montageprozesse manuell durchgeführt.

Qualitätssicherung durch Intelligenz und exzellente Auflösung

Aufgrund des komplexen Aufbaus der Produkte und/oder einer hohen Individualität der Produktvarianten ist eine vollständige Automatisierung der Montage in solchen Fällen wirtschaftlich nicht sinnvoll. Zudem ist auch im Hinblick auf die kürzer werdenden Produktzyklen eine manuelle Montage oft der einzige Weg, eine effiziente Wertschöpfung darzustellen. Beispiele für solche Montageprozesse gibt es in den unterschiedlichsten Industriezweigen. So findet man manuelle Fertigungsvorgänge beispielsweise bei der Vormontage von Automotive-Baugruppen, bei der Montage, der Verpackung oder der Reinigung von Medizinprodukten oder bei der Bestückung von THT-Bauteilen (Through-Hole Technology). In all diesen Fällen stellt sich die Frage, wie die Qualität der entsprechenden Produktionsprozesse überwacht werden kann. Ein innovativer und pragmatischer Ansatz ist die direkte Integration von optischen Inspektionssystemen in Montage- oder Bestückplätze, die zudem noch mit einer automatischen Protokollierung verbunden ist.

Viele Augen

Die direkte Integration einer optischen Inspektion in den Montageprozess erfordert im Vergleich zu den traditionellen AOI-Systemen allerdings völlig neue und originelle Gerätekonzepte. Die Kameras zur Inspektion müssen so angeordnet werden, dass sie den Montageprozess der dort arbeitenden Menschen nicht beeinflussen. Die Beleuchtung kann nicht auf die Erfordernisse der Bildverarbeitung optimiert werden, sondern muss den gesetzlichen Anforderungen eines Arbeitsplatzes für Montageprozesse entsprechen. Zudem ist eine lichtabschirmende Verkleidung nicht möglich, da dies den manuellen Montagevorgang einschränken würde.Abb. 2: Multi-Kamera-Array des MultiEyeS plusAbb. 2: Multi-Kamera-Array des MultiEyeS plus

Mit dem ‚MultiEyeS plus' hat GÖPEL electronic ein für den beschriebenen Anwendungsfall optimal geeignetes Inspektionsmodul entwickelt, welches für einen Bildbereich von ca. 550 x 450 mm geeignet ist. Basis des Systems ist eine aus bis zu 12 Kameras bestehende Bildaufnahmeeinheit mit integrierter Beleuchtung. Die Einzelbilder der Kameras werden zu einem aus der Panoramafotografie bekannten, gemeinsamen Bild zusammengesetzt. Alle Prüfungen werden auf dem Gesamtbild ausgeführt. Durch die innovative Multikamerabildaufnahme können trotz des großen Bildfeldes kleinste Details mit einer bemerkenswert hohen Bildqualität aufgelöst werden. Das sorgt für die sichere Erkennung von Fehlern der Prüfobjekte oder macht zum Beispiel auch das Lesen von Barcodes oder 2D-Codes auf Teilschaltungen in der Elektronikproduktion möglich.

Das Modul ist so konzipiert, dass es direkt oberhalb des Montageplatzes angebracht wird. Zusätzliche Maßnahmen zur Lichtabschirmung sind nicht notwendig.

Künstliche Intelligenz

Aus Sicht der klassischen Bildverarbeitung ist solch ein offenes System natürlich nicht optimal. Doch die leistungsfähige Software macht es möglich, auch unter solchen Bedingungen immer die richtigen Entscheidungen zu treffen. Dazu werden die klassischen Ansätze durch eine KI-basierte Lösung ergänzt, die durch die relative Unempfindlichkeit von faltenden neuronalen Netzen gegenüber Helligkeits- und Positionsschwankungen ideale Voraussetzungen mit sich bringt, um von Hand platzierte Objekte zuverlässig zu erkennen. Ansätze auf Basis von neuronalen Netzen benötigen jedoch eine große Menge an Beispielen, um komplexe Probleme bearbeiten zu können. Diese Hürde der Beschaffung von qualitativ hochwertigen Daten wird durch einen selbstlernenden Ansatz, der darauf basiert, dass sich ein System von mathematisch-statistischen Methoden sowie Methoden des maschinellen Lernens ergänzen, erreicht. Ist sich das System nicht ‚sicher', also widersprechen sich das mathematische und das neuronale Modell drastisch, kann mittels einer aktiven Methode zusätzlicher Trainingsinhalt erfragt werden. Hierzu wird einem menschlichen Experten zu einem beliebigen Zeitpunkt im Prozess ein Trainingsbeispiel des Systems präsentiert. Durch das Zusammenspiel von menschlichem Fachwissen, mathematischen Modellen und der Adaptionsfähigkeit der neuronalen Netze entsteht in kürzester Zeit mit nur wenig menschlichem Aufwand ein trainiertes Modell, das die reproduzierbare Inspektion auch bei ungünstigen Bildaufnahme- und Beleuchtungsbedingungen ermöglicht.

Rückverfolgbarkeit

Neben der sicheren und reproduzierbaren Fehlererkennung ist in Zeiten von Industrie 4.0 auch die vollständige Dokumentation der Prüf- und Prozessdaten ein zunehmend wichtiges Thema. Dazu gehört insbesondere die Anbindung an Manufacturing Execution-Systeme (MES). Durch ein ausgefeiltes Plug-In-System der electronic Software PILOT Connect ist die schnelle und effiziente Anbindung an solche Systeme gewährleistet. In der PILOT Connect-Schnittstelle zum MES erfolgt der Austausch von Daten dabei sowohl auf reiner Ergebnisebene (unidirektional) oder mit produktspezifischer Steuerung und Prozessverriegelung (bidirektional). Umfangreiche statistische Auswertemöglichkeiten runden das Gesamtkonzept ab.Abb. 3: AOI-Modul für Montageprozesse und THT-BestückungAbb. 3: AOI-Modul für Montageprozesse und THT-Bestückung

Fazit

Mit dem MultiEyeS plus bietet GÖPEL ein smartes automatisches optisches Inspektionsmodul zur Integration in Montage- und THT-Bestückplätze an, das optimal auf die Anforderungen bei solchen Prozessen abgestimmt ist. Das Systemkonzept auf der Basis der Multikamera-Bildaufnahmetechnologie ermöglicht Bildaufnahmen mit herausragender Bildqualität und hervorragender Detailauflösung. Zusätzlich zu den klassischen Bildverarbeitungsfunktionen sorgen die eingesetzten KI-Funktionen dafür, dass das System auch ohne Lichtabschirmung völlig zuverlässig arbeitet. Dieser moderne Ansatz für die optische Inspektion direkt an Montageplätzen kombiniert mit der einfachen Anbindung an MES-Syteme bietet ein großes Potential, Montageprozesse und insbesondere auch die Bestückung von THT-Komponenten weiter zu optimieren.

 

 

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 8
  • Jahr: 2021
  • Autoren: Dr. Jörg Schambach, GÖPEL electronic GmbH
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