Nutzen automatisierter visueller Inspektionen zur Verbesserung der Fertigungsqualität

Wir alle wissen, dass die Qualitätskontrolle eine kritische Komponente der Fertigung ist, die sicherstellt, dass alle Produkte, die die Fertigungslinie verlassen, fehlerfrei für den Kunden hergestellt wurden. Eine der vielen Methoden, mit denen Hersteller Qualität sicherstellen, sind Inspektionen: von Menschen durchgeführte visuelle Inspektionen und technologiegestützte automatisierte visuelle Inspektionssysteme (AVI).

Die visuelle Inspektion in Fertigungsprozessen stützt sich seit langem auf die menschlichen Sinne, um Materialien und Produkte visuell zu untersuchen und Anomalien oder Mängel zu identifizieren. Menschen berichten zudem über die Feststellungen und bestimmen die nächsten Schritte, wobei sie häufig digitale Werkzeuge und mobile Apps nutzen, um diese Ergebnisse einzugeben und zu analysieren.

Sich jedoch ausschließlich auf Menschen zu verlassen, ist nicht länger praktikabel. In diesem Beitrag konzentrieren wir uns auf automatisierte visuelle Inspektionssysteme: wie sie funktionieren, spezifische Anwendungsfälle und wie sie die menschliche Überwachung ergänzen, um die Fertigungsqualität zu steigern.

Was sind automatisierte visuelle Inspektionssysteme?

Ein automatisiertes visuelles Inspektionssystem kann viele Inspektionsaufgaben mithilfe von Kameras und Sensoren durchführen, die typischerweise durch Technologien wie Künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen (ML) und Computer Vision ergänzt werden. Diese Systeme können die Identifizierung, Überprüfung und Analyse von Produktanomalien oder -problemen automatisieren und finden dabei häufig Probleme, die manuelle Prozesse übersehen könnten.

Im Forschungsbericht 2025 „Shaping the AI-Powered Factory of the Future” des Manufacturing Leadership Council gaben 72 % der befragten Hersteller an, dass sie derzeit KI-Lösungen in Form eines Vision-Systems nutzen, welches dort definiert wird als „KI, die visuelle Daten aus der Welt wie Bilder oder Videos verarbeitet und interpretiert und so Aufgaben wie Gesichtserkennung, Objekterkennung und Qualitätskontrolle in der Fertigung ermöglicht”.

Obwohl diese Systeme maßgeblich dazu beitragen können, die operative Effizienz zu steigern, die Produktion zu erhöhen, die Arbeitssicherheit zu verbessern und die Kosten zu senken, sind sie nicht perfekt. Menschliche Prüfer spielen weiterhin eine entscheidende Rolle bei der Überwachung der Qualitätskontrolle in der Fertigung an der Seite dieser Systeme.

Produktinspektionen sind essenziell, aber nicht ausreichend. Erfahren Sie, wie Prozess- und Kompetenzprüfungen Qualitätsausreißer verhindern und die kontinuierliche Verbesserung beschleunigen.

Wie automatisierte visuelle Inspektionen ​​funktionieren

Automatisierte visuelle Inspektionssysteme existieren seit einigen Jahrzehnten in der ein oder anderen Form und stützten sich traditionell auf Kameras und Sensoren, um Qualitätsprobleme zu erkennen. Frühe Systeme waren in ihren Fähigkeiten zur Verarbeitung visueller Daten eingeschränkt und in der Implementierung oft kostspielig.

Heutzutage haben Fortschritte bei Kameras, Sensoren und Beleuchtungstechnologien in Verbindung mit KI und ML automatisierte visuelle Inspektionssysteme wesentlich präziser und für Hersteller in einer Vielzahl von Branchen attraktiver gemacht. Tatsächlich wird erwartet, dass der Markt für diese Systeme bis 2029 fast 30 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

Bei automatisierten visuellen Inspektionen werden Kameras unter Einsatz präziser Beleuchtung verwendet, um hochauflösende Bilder eines Produkts aus mehreren Blickwinkeln aufzunehmen. Die Bilder werden mithilfe von KI, ML und Computer Vision verarbeitet, um zu prüfen, ob Anomalien oder Mängel vorliegen. Anschließend wird entschieden, ob das Produkt weitergeleitet werden kann oder aussortiert werden muss.

All diese Daten werden dann zur kontinuierlichen Verbesserung in den Algorithmus des automatisierten visuellen Inspektionssystems eingespeist. Diese Daten können auch in das Berichts- und Audit-Dashboard eines Herstellers integriert werden, um notwendige Anpassungen in der Fertigung und geeignete nächste Schritte abzuleiten.

Komponenten von AVI-Systemen

Ein automatisiertes visuelles Inspektionssystem umfasst mehrere Schlüsselkomponenten aus Hardware und Software.

Je nach Anwendungsfall umfasst die Hardware folgende Komponenten:

• Hochauflösende Kameras und Spezialobjektive für eine klare und präzise Bildaufnahme.
• Infrarotsensoren zur Erkennung von Wärmeanomalien, die das Produkt beeinträchtigen könnten.
• Spezielle Beleuchtung, um präzise, qualitative hochwertige Bilder zu gewährleisten, die nicht durch Schatten beeinträchtigt werden.

Zu den Softwarekomponenten für die visuelle Inspektion gehören:

• Fortschrittliche Bildverarbeitungsalgorithmen zur Analyse der aufgenommenen Bilder.
• Datenspeicher zur Aufbewahrung von Inspektionsprotokollen, Bildern und anderen Informationen.
• Eine Benutzeroberfläche für menschliche Bediener zur Konfiguration und Überwachung des Inspektionsprozesses.
• Echtzeit-Datenanalysen zur Bereitstellung von Einblicken in die Fertigung und vorgeschlagenen nächsten Schritten.
• ML-Modelle zur kontinuierlichen Verbesserung des Systems.
• Netzwerkintegrationen zur Anbindung des AVI-Systems an andere Protokolle und Systeme.

Diese Software-Tools werden eingesetzt, um Oberflächeninspektionen, Produktmessungen und mehr durchzuführen und eine angemessene Qualitätssicherung zu gewährleisten.

Diese ausgefeilten Plattformen lassen sich nahtlos in bestehende industrielle Systeme integrieren und sind ein wichtiger Bestandteil von Initiativen zur digitalen Transformation in der Fertigung. Bei der Implementierung eines automatisierten Sichtprüfsystems ist es wichtig, dass die Bildverarbeitungsalgorithmen ordnungsgemäß mit hochwertigen Qualitätsdaten trainiert werden, die menschliche Überwachung einbeziehen, um die Algorithmen für das kontinuierliche Lernen zu verfeinern. Dies gewährleistet die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Systems bei der ordnungsgemäßen Erkennung von Produktfehlern oder anderen Problemen.

Arten von automatisierten visuellen Inspektionen

Es gibt verschiedene Arten von AVIs zur Erkennung von Mängeln während des gesamten Inspektionsprozesses, wobei die Hauptkategorien im Wesentlichen folgende sind:

• Maßprüfung: Diese Inspektionen umfassen die Messung eines Produkts und seiner Komponenten. Diese Art der Inspektion ist recht unkompliziert, da sie sich auf die Produktspezifikationen stützt, um festzustellen, ob es ordnungsgemäß hergestellt wurde. Dies ist besonders wichtig in Branchen, die hohe Präzision erfordern, wie etwa der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie oder der Medizintechnik.
• ​​​Oberflächeninspektion: Diese Inspektionen konzentrieren sich auf die Erkennung von Unregelmäßigkeiten oder Beschädigungen an der Oberfläche eines Produkts. Dieser Prozess erfordert sehr spezifische Anweisungen dazu, worauf zu achten ist. Oberflächenprobleme können kosmetische Mängel wie Kratzer, Dellen oder Verfärbungen umfassen. Es kann sich auch um strukturelle Mängel wie Risse oder verfahrensbedingte Probleme wie Produktrückstände handeln.
• Montageprüfung: Bestätigt, dass alle Elemente eines Produkts korrekt zusammengebaut sind und den Spezifikationen entsprechen, einschließlich der richtigen Ausrichtung, Positionierung und Befestigung.

Vorteile von automatisierten visuellen Inspektionen

Menschliche Prüfer sind eine unschätzbare Ressource in der Fertigung, aber es gibt mehrere Faktoren, die zu menschlichen Fehlern führen oder ihre Fähigkeit beeinträchtigen können, gründliche, konsistente Produktinspektionen und Qualitätskontrollen eigenständig durchzuführen. Dazu gehören möglicherweise Ermüdung, Ablenkungen oder ihr eigener Grad an Vertrautheit mit dem Produktions- oder Inspektionsprozess.

Die inhärent subjektive Natur der einzigartigen Erfahrungen und Vorurteile jeder Person kann sich ebenfalls auf die Ergebnisse von durch Menschen geleiteten Qualitätsprüfungen auswirken, was die dringende Notwendigkeit einer Standardisierung während des gesamten Qualitätskontrollprozesses unterstreicht. Darüber hinaus können potenziell unsichere oder unerwünschte Bedingungen die Fähigkeit einer Person beeinträchtigen, die erforderlichen Inspektionen durchzuführen.

Automatisierte visuelle Inspektionssysteme sind zu einem Schlüsselbestandteil von Industrie 4.0 und Smart Factories geworden, da sie häufig eine konsistentere Qualitätskontrolle mit größerer Genauigkeit liefern können. Darüber hinaus können automatisierte visuelle Inspektionssysteme Anomalien erkennen, die das menschliche Auge entweder nicht wahrnehmen kann, übersieht oder zu spät im Fertigungsprozess identifiziert. Wenn die Anforderungen steigen, sind Hersteller möglicherweise durch die Verfügbarkeit von geschulten Mitarbeitern an vorderster Front eingeschränkt, um Inspektionen durchzuführen. Automatisierte visuelle Inspektionssysteme bieten eine zuverlässige Alternative, die nach oben oder unten skaliert werden kann. Sie können auch in Umgebungen eingesetzt werden, in denen die Sicherheit oder das Wohlbefinden der Mitarbeiter gefährdet sein könnte.

Automatisierte visuelle Inspektionen für viele ​​Industriesektoren

Automatisierte visuelle Inspektionssysteme können ein wertvolles Fertigungswerkzeug in verschiedenen Branchen sein, insbesondere in solchen, die eine präzise Produktion mit hohen Risiken und Konsequenzen erfordern, falls ein fehlerhaftes Produkt unentdeckt bleibt.

Betrachten wir einige Beispielanwendungen:

• Die Luft- und Raumfahrtindustrie erfordert ein hohes Maß an Präzision, um eine optimale Flugleistung und Sicherheit zu gewährleisten. Automatisierte visuelle Inspektionssysteme können verwendet werden, um oberflächliche Mängel an Flugzeugausrüstungen zu erkennen, die für das menschliche Auge möglicherweise nicht sofort erkennbar sind.
• Die Haushaltswarenbranche ist unglaublich wettbewerbsintensiv, erfordert eine hohe Markteinführungsgeschwindigkeit und lässt wenig Spielraum für Qualitätsprobleme. Automatisierte visuelle Inspektionssysteme können die Materialqualität und Maßhaltigkeit überprüfen, sodass Hersteller Probleme in Echtzeit erkennen und beheben können. Zusammen mit menschlicher Überwachung können automatisierte visuelle Inspektionssysteme sicherstellen, dass Produkte schnell hergestellt werden und den steigenden Kundenstandards entsprechen.
• Die Lebensmittel- und Getränkeindustrie muss strengste Sicherheitsstandards mit sich wandelnden Verbraucherpräferenzen in Einklang bringen. Automatisierte Sichtprüfsysteme können in diesem Sektor für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, wie beispielsweise die Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Etikettierung, der Verpackungsintegrität oder die Erkennung von Verunreinigungen auf der Fertigungslinie.
• Die pharmazeutische Industrie hat extrem strenge regulatorische Anforderungen, um die Sicherheit der Produkte zu gewährleisten. Pharmaunternehmen können automatisierte visuelle Inspektionen nutzen, um Etikettierungsfehler, falsche Tabletfformen oder Absplitterungen bzw. Risse im Fläschchen oder in der Verpackung zu identifizieren.

AVIs ersetzen menschliche Inspektionen nicht vollständig

Obwohl die Vorteile dieser Systeme beträchtlich sind, bleiben menschliche Prüfer eine entscheidende Ressource für die Qualitätskontrolle in der Fertigung. Menschen verfügen über institutionelle Erfahrung und Wissen – das sie oft durch jahrelange Arbeit in der Fertigung erworben haben –, das derzeit keine Maschine nachbilden kann. Menschen bringen zudem die einzigartige Fähigkeit mit, im Augenblick nuancierte Beurteilungen vorzunehmen, die automatisierte Systeme möglicherweise nicht richtig erkennen.

Der Schlüssel liegt hierbei darin, sicherzustellen, dass menschliche Prüfer während der Inspektionen standardisierte Prozesse befolgen und dass jedes erkannte Problem eine angemessene Nachverfolgung auslöst. Konsistenz bei der Durchführung von Inspektionen trägt dazu bei, Variabilität zu reduzieren und die Zuverlässigkeit über Schichten, Teams und Standorte hinweg sicherzustellen. Ebenso wichtig ist es, den Kreis zu schließen und Probleme bis zu ihrer Behebung zu verfolgen, um wiederkehrende Probleme zu verhindern.

Durch die Kombination menschlicher Prüfer und standardisierter Prozesse mit Automatisierungstechnologien wie AVI-Systemen können Hersteller mehr Vertrauen in ihre Produktqualität gewinnen, was die Kundenzufriedenheit und letztendlich das Unternehmensergebnis steigert.