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Wie Vision-KI die Fehlererkennung in Produktionslinien verbessert

Erfahren Sie, wie Computer-Vision-Systeme die Fehlererkennung in Echtzeit ermöglichen, die Qualitätskontrolle verbessern und Fertigungsfehler an schnell laufenden Fertigungsstraßen reduzieren.

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Ein winziger Fehler oder eine kleine Anomalie mag zunächst nicht weiter ins Gewicht fallen, doch mit der Zeit kann er sich unter Druck vergrößern und zu kostspieligen Reparaturen, Rückrufaktionen und einem Verlust des Verbrauchervertrauens führen. Sich ausschließlich auf manuelle Inspektionen zu verlassen, erhöht dieses Risiko, und das gilt für verschiedene Branchen.

Kleine Risse, Dellen, leichte Fehlausrichtungen und Oberflächenfehler an Produkten können schwer zu erkennen sein, insbesondere in schnelllebigen Produktionsumgebungen mit hohen Stückzahlen. Während manuelle Inspektionen bei einer langsameren und weniger komplexen Fertigung gut funktionierten, arbeiten Produktionslinien heutzutage in einem völlig anderen Maßstab.

Prozesse sind schneller, automatisierter und anspruchsvoller als je zuvor. Herkömmliche Methoden der Qualitätskontrolle können da einfach nicht mithalten.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, setzen Hersteller Computer-Vision-Systeme ein. Computer Vision ist ein Teilgebiet der künstlichen Intelligenz (KI), das es Maschinen ermöglicht, visuelle Daten zu analysieren und zu interpretieren. Diese Systeme können Produkte auf dem Fließband kontinuierlich überwachen und unregelmäßige Muster oder Defekte automatisch erkennen.

Beispielsweise unterstützen Computer-Vision-Modelle wie Ultralytics verschiedene Echtzeit-Vision-Aufgaben wie Objekterkennung, Instanzsegmentierung und Bildklassifizierung. Speziell für die Fehlererkennung können diese Modelle Produktoberflächen scannen, während sie sich entlang der Produktionslinien bewegen, unregelmäßige Muster identifizieren, detect Risse oder Dellen detect und Fehler in Echtzeit markieren.

Abb. 1: Beispiele für die Erkennung von Oberflächenfehlern bei Metallen (Quelle)

In diesem Artikel befassen wir uns mit dem Einsatz von Computer Vision zur Fehlererkennung und zeigen, wie Hersteller damit die Produktqualität in intelligenten Fertigungslinien sicherstellen können. Los geht's!

Die Notwendigkeit der Fehlererkennung in der Fertigungsautomatisierung

Hier sind einige der wichtigsten Faktoren, die die KI-gestützte Erkennung in intelligenten Fertigungsumgebungen so unverzichtbar machen: 

  • Raue Produktionsumgebungen: Fertigungsanlagen arbeiten oft unter Bedingungen wie Staub, Hitze, Vibrationen und wechselnder Beleuchtung. Eine zuverlässige Fehlererkennung muss trotz dieser Umgebungsfaktoren konsistent funktionieren.
  • Abhängigkeit von Arbeitskräften: Bei herkömmlichen Inspektionen sind menschliche Bediener erforderlich. Mit zunehmender Produktionsgröße wird es immer schwieriger, über alle Schichten und langen Arbeitszeiten hinweg eine gleichbleibende Genauigkeit aufrechtzuerhalten.
  • Operative Herausforderungen: Fertigungsstraßen laufen mit hoher Geschwindigkeit. Inspektionssysteme müssen mit diesem Tempo Schritt halten und jedes Produkt bewerten, ohne den Arbeitsablauf zu unterbrechen.
  • Die Kosten von Fehlern: Je früher ein Fehler entdeckt wird, desto geringer sind die Kosten für dessen Behebung. Eine späte Entdeckung, insbesondere nach dem Versand, kann zu Nacharbeiten, Verschwendung und Rückrufaktionen führen.
  • Anforderungen an Konsistenz und Rückverfolgbarkeit: Viele Unternehmen legen großen Wert auf die Einhaltung ihrer Qualitätsstandards. Automatisierte Systeme zeichnen Inspektionsdaten auf, wodurch es einfacher wird, track , Transparenz zu gewährleisten und die Verantwortlichkeit sicherzustellen.

Was ist visiongesteuerte Fehlererkennung?

Die bildverarbeitungsgestützte Fehlererkennung nutzt Kameras und Bildverarbeitungssysteme, um Produktfehler während der Fertigung zu identifizieren. Diese Systeme scannen die Waren, während sie sich entlang der Produktionslinie bewegen, und überprüfen, ob sie den Qualitätsstandards entsprechen. 

Viele Unternehmen setzen dies bereits in ihren Produktionsstätten ein. Tatsächlich wird der weltweite Markt für industrielle Fehlererkennung mittels KI bis 2035 voraussichtlich ein Volumen von 6,07 Milliarden US-Dollar erreichen. 

Ein wichtiger Faktor für dieses Wachstum ist die Fähigkeit von Computervisionsmodellen, detect seltene Fehler zu detect . Durch das Training mit gekennzeichneten Beispielbildern können Modelle wie YOLO26 lernen, eine Vielzahl von Problemen zu erkennen.

Verschiedene Arten von Mängeln

In realen Produktionsumgebungen können Fehler in vielen Formen auftreten. Hier sind einige häufige Probleme, die mithilfe von Computer Vision und Bildverarbeitungstechnologien identifiziert werden können:

  • Oberflächenfehler: Dazu gehören Kratzer, Dellen, Risse, Verfärbungen und andere Oberflächenmängel.
  • Dimensionale Mängel: Diese Mängel treten auf, wenn ein Produkt die falsche Größe hat, falsch ausgerichtet ist oder Formprobleme aufweist.
  • Montagefehler: Wenn Teile fehlen, falsch platziert oder auf dem Fließband falsch ausgerichtet sind, führt dies zu Montagefehlern, die die Produktleistung und die Gesamtqualität beeinträchtigen können.
  • Fertigungsfehler: Diese treten während des Produktionsprozesses aufgrund von Fehlern bei Materialien, Ausrüstung oder Prozesssteuerung auf. Bei der Herstellung von Leiterplatten (PCBs) oder Halbleitern können beispielsweise Probleme wie falsch ausgerichtete Schichten, unvollständige Lötstellen oder Verunreinigungen aufgrund von Prozessschwankungen auftreten und zu fehlerhaften Bauteilen führen.
  • Druck- oder Etikettierungsfehler: Diese treten auf, wenn Text unscharf ist, der Druck ungleichmäßig ist, Informationen fehlen oder Etiketten falsch auf dem Produkt oder der Verpackung angebracht sind.

Wie die bildverarbeitungsgestützte Fehlererkennung funktioniert

Als Nächstes wollen wir uns genauer ansehen, wie ein Fehlererkennungssystem mit Kamerasystemen und Bildverarbeitungs-KI-Modellen funktioniert. 

In einer typischen Konfiguration werden Kameras entlang der Fertigungsstraße positioniert, um klare visuelle Daten zu erfassen, während die Produkte die verschiedenen Produktionsstufen durchlaufen. Diese hochauflösenden Bilder werden gesammelt und in Datensätzen für ein Computer-Vision-Modell organisiert.

Die Bilder dienen als Trainingsdaten. Ein Computer-Vision-Modell kann anhand von Beispielen sowohl für einwandfreie als auch für fehlerhafte Produkte trainiert werden, sodass es lernt, genau zwischen ihnen zu unterscheiden. 

Bei der Inspektion von Flaschenverschlüssen können beispielsweise Größe, Farbe und Form der Verschlüsse variieren. Ein Bildverarbeitungssystem kann eingesetzt werden, um Oberflächenfehler, Fehlausrichtungen oder strukturelle Mängel zu erkennen, während sie sich entlang der Produktionslinie bewegen. Wenn ein Problem festgestellt wird, wird es sofort gemeldet.

Abb. 2: Erkennung verschiedener Fehler in Flaschenverschlüssen unterschiedlicher Größe und Farbe (Quelle)

Je nach Konfiguration können KI-gestützte Inspektionssysteme direkt an Fertigungsstraßen eingesetzt werden und eine schnelle Entscheidungsfindung unterstützen. In realen Fertigungsumgebungen verbessert ein solches automatisiertes System die Konsistenz, stärkt die Qualitätskontrolle und macht die Fehlererkennung in großem Maßstab zuverlässiger.

Wichtige Computer-Vision-Aufgaben zur Fehlererkennung 

Typischerweise basieren auf Bildverarbeitungstechnologie basierende Fehlererkennungssysteme auf einer Reihe von Bildverarbeitungsaufgaben. Jede dieser Aufgaben spielt eine wichtige Rolle im Qualitätsprüfungsprozess. 

Modernste Vision-KI-Modelle wie YOLO26 unterstützen diese Aufgaben und machen sie für reale Produktionsumgebungen zuverlässig. Hier ein kurzer Überblick über einige dieser Aufgaben:

  • Bildklassifizierung: Die Klassifizierung ist die einfachste Aufgabe der Bildverarbeitung. Dabei wird ein Bild analysiert und in Kategorien wie „Fehler“ oder „kein Fehler“ eingeteilt. 
  • Objekterkennung: Damit können Modelle Fehler in einem Bild erkennen und lokalisieren. Es kann Begrenzungsrahmen um Probleme wie Risse, Dellen, Flecken oder fehlende Teile zeichnen, wodurch der Inspektionsprozess präziser und leichter zu interpretieren ist.
  • Objektverfolgung: Diese Aufgabe dient dazu, track Produkt oder einen erkannten Fehler über mehrere Bilder hinweg track . Sie trägt dazu bei, die Kontinuität der Inspektion aufrechtzuerhalten und verhindert, dass Fehler mehr als einmal gezählt werden.
  • Instanzsegmentierung: Die Bildsegmentierung umreißt die genaue Form und Fläche eines Defekts auf Pixelebene. Dieser Detaillierungsgrad ist nützlich, wenn die Größe, Ausbreitung oder Schwere eines Fehlers gemessen werden soll.
  • Orientierte Begrenzungsrahmenerkennung (OBB): Die OBB-Erkennung wird verwendet, um gedrehte Rahmen zu zeichnen, die an der Richtung des Defekts ausgerichtet sind. Dies verbessert die Genauigkeit, insbesondere bei schmalen oder geneigten Fehlern. 
Abb. 3: Einsatz verschiedener Computer-Vision-Aufgaben zur Erkennung von Gussfehlern (Quelle)

Bildverarbeitungsanwendungen zur Verbesserung von Produktionsprozessen

Maschinelles Sehen umfasst den Einsatz von Kameras, Sensoren und Bildverarbeitungssoftware zur automatischen Inspektion, Analyse und Steuerung von Produktionsprozessen in Echtzeit und wird in vielen Branchen wie der Automobilindustrie, Elektronik, Pharmazie, Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie der Konsumgüterherstellung eingesetzt.

Als Nächstes sehen wir uns einige Beispiele aus der Praxis an, die zeigen, wie maschinelles Sehen die Qualität, Effizienz und Konsistenz im gesamten Produktionsprozess verbessern kann.

Sichtprüfung in der Stahlherstellung

Bei der Herstellung von Metallblechen sind Fehler oft kaum erkennbar. So kann ein Blech auf den ersten Blick glatt erscheinen, während es in Wirklichkeit feine Kratzer oder Oberflächenfehler aufweist, die beim Walzen oder bei der Wärmebehandlung entstanden sind. Da stündlich Tausende von Blechen die Produktionslinien durchlaufen, wird die manuelle Prüfung immer schwieriger.

Um die Genauigkeit zu verbessern, setzen Hersteller Computer-Vision-Systeme direkt in den Produktionslinien ein. Diese Systeme analysieren Oberflächenstruktur, Ausrichtung und Strukturmuster in Echtzeit. Wenn eine Unregelmäßigkeit festgestellt wird, wird diese sofort zur weiteren Bearbeitung markiert. 

Abb. 4: Blick auf Fehler in Stahlblechen (Quelle)

Intelligentere Qualitätskontrolle von Lebensmittelverpackungen mit Computer Vision

Lebensmittelhersteller achten sehr genau darauf, was in jede Verpackung kommt. Dennoch können Verpackungsfehler wie fehlende Beutel, falsche Stückzahlen oder mangelhafte Versiegelungen auftreten. 

Diese Probleme mögen geringfügig erscheinen, gelten jedoch als Produktfehler und führen häufig zu Kundenbeschwerden. Um das Risiko zu verringern, setzen Hersteller Computer-Vision-Systeme für die Inline-Qualitätsprüfung ein. 

Diese Systeme überwachen die Stückzahl, Anordnung und Sichtbarkeit der Produkte, während diese die Produktionslinie durchlaufen. Jede Verpackung wird sorgfältig durch Computer-Vision-Modelle geprüft, und alles, was nicht an seinem Platz ist, wird sofort markiert.

Durch die Überprüfung jeder Einheit in Echtzeit tragen diese Inspektionssysteme dazu bei, fehlerhafte Produkte auszusortieren, bevor sie das Werk verlassen. Dies verbessert die Konsistenz, stärkt die Qualitätskontrolle und unterstützt die großflächige Fehlererkennung, ohne den Betrieb zu unterbrechen.

Optimierung der Fehlererkennung im Holzverarbeitungsprozess

Holz ist ein natürliches Material, und jedes Holzbrett hat einzigartige Eigenschaften. So sind beispielsweise Astlöcher, Risse, ungleichmäßige Maserung und Oberflächenspalten häufig anzutreffen. 

Während einige nur kosmetischer Natur sind, verringern andere die strukturelle Festigkeit und mindern den Produktwert. Auf schnell laufenden Produktionslinien kann die manuelle Überprüfung jeder einzelnen Holzplatte zu einer uneinheitlichen Qualitätskontrolle führen.

Um diesen Prozess zu verbessern, setzen die Betriebe Computer-Vision-Systeme zur automatisierten Fehlererkennung ein. Während die Bretter die Produktionslinie durchlaufen, werden detaillierte Oberflächenbilder der Holzbretter aufgenommen. Anschließend kann ein Vision-Modell Texturvariationen und Maserungsmuster in Echtzeit analysieren und potenzielle Produktfehler identifizieren.

Abb. 5: Holzfehler wie gesunde Astlöcher, ungesunde Astlöcher, Risse und Bohrlöcher (Quelle)

Wesentliche Erkenntnisse 

Vision AI unterstützt Hersteller dabei, die Qualitätskontrolle durch Echtzeitüberwachung entlang der gesamten Produktionslinie zu verbessern. Während die Artikel die einzelnen Stufen des Produktionsprozesses durchlaufen, analysieren Computer-Vision-Modelle Bilder und melden Unregelmäßigkeiten sofort und mit hoher Präzision. 

Diese kontinuierliche Inspektion gewährleistet einheitliche Standards und unterstützt die Lieferung hochwertiger Produkte. Durch den Echtzeitbetrieb und die nahtlose Integration in bestehende Fertigungsabläufe machen Bildverarbeitungssysteme die Qualitätskontrolle effizienter, genauer und skalierbarer.

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