Eine Machbarkeitsstudie soll zeigen, ob eine geplante Bildverarbeitungslösung unter realistischen Produktionsbedingungen zuverlässig umgesetzt werden kann. Dafür reichen einige wenige, optisch einwandfreie Gutteile in der Regel nicht aus.
Perfekte Muster sind hilfreich, um Produktgeometrie, relevante Merkmale und grundsätzlich geeignete Bildaufnahmeverfahren kennenzulernen. Für eine belastbare technische Bewertung sind jedoch gerade jene Teile besonders wertvoll, die später im Produktionsalltag zu Diskussionen führen könnten: typische Schlechtteile, Grenzmuster, Varianten sowie Komponenten mit Verschmutzungen, Reflexionen oder materialbedingten Schwankungen.
Je realistischer die bereitgestellten Muster und Prozessinformationen sind, desto besser lässt sich beurteilen, welche Prüfleistung erreichbar ist, welche technischen Risiken bestehen und wie das spätere Inspektionssystem ausgelegt werden sollte.
Eine Machbarkeitsstudie prüft nicht den Idealfall
Unter kontrollierten Laborbedingungen lassen sich viele Merkmale gut sichtbar machen. Das allein sagt jedoch noch wenig darüber aus, wie stabil eine Prüfung später in der Produktion arbeitet.
Im realen Prozess können zahlreiche Einflussfaktoren hinzukommen:
- wechselnde Bauteilpositionen,
- unterschiedliche Materialchargen,
- Oberflächenstreuungen,
- Reflexionen,
- Fremdlicht,
- Staub, Öl oder andere Verschmutzungen,
- mechanische Schwingungen,
- hohe Produktionsgeschwindigkeiten,
- begrenzter Einbauraum,
- und verschiedene Produktvarianten.
Eine Machbarkeitsstudie sollte deshalb nicht nur beantworten, ob ein Merkmal grundsätzlich erkennbar ist. Entscheidend ist vielmehr, ob es unter den tatsächlichen Prozessbedingungen stabil, reproduzierbar und innerhalb der geforderten Taktzeit geprüft werden kann.
Das Ziel ist keine überzeugende Einzelaufnahme. Das Ziel ist eine belastbare Grundlage für eine technische und wirtschaftliche Investitionsentscheidung.
Gute Gutteile zeigen die Sollsituation
Repräsentative Gutteile sind ein wichtiger Ausgangspunkt. Sie zeigen, wie das Produkt im zulässigen Zustand aussieht und welche natürlichen Schwankungen innerhalb der Gutklasse auftreten.
Dabei ist es sinnvoll, nicht nur ein einzelnes perfektes Muster bereitzustellen. Gutteile können sich beispielsweise unterscheiden durch:
- unterschiedliche Materialchargen,
- zulässige Farbabweichungen,
- schwankende Oberflächenstrukturen,
- Fertigungstoleranzen,
- verschiedene Lieferanten,
- minimale Positionsabweichungen,
- oder produktionsbedingte Spuren ohne Qualitätsrelevanz.
Diese Bandbreite ist für die Systemauslegung entscheidend. Ein Prüfsystem darf zulässige Schwankungen nicht fälschlicherweise als Fehler bewerten.
Die zentrale Frage lautet daher nicht nur: Wie sieht ein gutes Teil aus? Ebenso wichtig ist: Wie unterschiedlich dürfen gute Teile aussehen?
Typische Schlechtteile definieren die eigentliche Prüfaufgabe
Schlechtteile zeigen, welche Fehler zuverlässig erkannt werden müssen. Sie bilden damit die Grundlage für die Auswahl von Kamera, Optik, Beleuchtung und Auswertungsverfahren.
Besonders hilfreich sind reale Fehlerteile aus dem Produktionsprozess. Dazu können beispielsweise gehören:
- fehlende oder falsch montierte Komponenten,
- Lage- und Positionsabweichungen,
- Oberflächenfehler,
- Kratzer, Risse oder Verformungen,
- fehlerhafte Druckbilder oder Codes,
- Verunreinigungen,
- Maßabweichungen,
- oder falsche Produktvarianten.
Wichtig ist, dass die Fehlerbilder ausreichend beschrieben werden. Dabei sollte geklärt sein:
- Welches Merkmal ist fehlerhaft?
- Warum gilt das Teil als nicht akzeptabel?
- Welche Auswirkungen hat der Fehler?
- Wie häufig tritt er auf?
- Muss jeder Fehler dieser Art sicher erkannt werden?
- Gibt es unterschiedliche Ausprägungen?
Ein einzelnes extremes Schlechtteil ist häufig leicht zu erkennen. Für die spätere Prüfleistung sind jedoch auch schwächer ausgeprägte Fehler und typische Zwischenstufen relevant.
Grenzmuster schaffen Klarheit
Grenzmuster gehören zu den wertvollsten Teilen einer Machbarkeitsbewertung. Sie liegen nahe an der Grenze zwischen Gut und Schlecht und zeigen, wo die tatsächliche Entscheidungsaufgabe beginnt.
Typische Grenzfälle sind beispielsweise:
- ein Kratzer knapp innerhalb oder außerhalb der zulässigen Größe,
- eine geringfügig verschobene Komponente,
- ein nur teilweise eingerasteter Clip,
- eine kaum sichtbare Verschmutzung,
- eine schwache oder leicht beschädigte Markierung,
- oder eine Geometrieabweichung nahe der Toleranzgrenze.
Gerade bei solchen Teilen entstehen später häufig unterschiedliche Bewertungen zwischen Produktion, Qualitätssicherung und weiteren Fachbereichen.
Sind die Grenzen nicht eindeutig definiert, kann auch ein technisch leistungsfähiges System keine stabile und nachvollziehbare Entscheidung treffen.
Grenzmuster helfen deshalb dabei, Prüfkriterien und Abnahmeanforderungen frühzeitig abzustimmen.
Varianten von Anfang an berücksichtigen
Viele Produktionslinien verarbeiten mehrere Produktformate oder Varianten. Diese unterscheiden sich möglicherweise nur in kleinen Details, stellen aber unterschiedliche Anforderungen an die Bildaufnahme.
Mögliche Unterschiede sind:
- Größe und Geometrie,
- Farbe,
- Material,
- Oberfläche,
- Bedruckung oder Kennzeichnung,
- Montagezustand,
- Position einzelner Komponenten,
- oder unterschiedliche Codeinhalte.
Bereits während der Machbarkeitsstudie sollte geprüft werden, ob alle relevanten Varianten mit einem gemeinsamen Systemkonzept abgedeckt werden können.
Eine Beleuchtung, die bei einer matten Oberfläche stabile Kontraste erzeugt, kann bei einer glänzenden Variante starke Reflexionen verursachen. Eine Optik, die für ein kleines Produkt ausreichend Detailauflösung bietet, kann bei einer größeren Variante ein zu kleines Sichtfeld besitzen.
Je früher diese Unterschiede bekannt sind, desto besser lässt sich eine skalierbare Systemarchitektur entwickeln.
Reale Prozessbilder liefern wichtigen Kontext
Nicht immer können vollständige Maschinen, Linien oder Originalbauteile bereits zu Beginn einer Machbarkeitsstudie zur Verfügung gestellt werden. In solchen Fällen helfen reale Prozessbilder und Videos, die spätere Einbausituation besser zu verstehen.
Sie können zeigen:
- wie das Produkt transportiert wird,
- wie stabil seine Position ist,
- welche Perspektiven zugänglich sind,
- wie viel Bauraum vorhanden ist,
- welche Bewegungen auftreten,
- welche Umgebungsbeleuchtung vorhanden ist,
- wie Produkte zugeführt und ausgeschleust werden,
- und welche Verschmutzungen oder Reflexionen im Prozess entstehen.
Fotos aus dem Maschinenumfeld sollten möglichst mehrere Ansichten enthalten. Hilfreich sind außerdem Maßangaben, Skizzen oder CAD-Daten.
Die Bildverarbeitung wird nicht im luftleeren Raum entwickelt. Die reale Einbausituation beeinflusst Kameraposition, Arbeitsabstand, Beleuchtung, Schutzkonzept und Wartungszugang erheblich.
Verschmutzung und Reflexion nicht ausblenden
Viele Prüfaufgaben wirken mit frisch gereinigten Musterteilen einfach. In der späteren Produktion treten jedoch häufig Ölfilme, Staub, Partikel, Feuchtigkeit oder andere Rückstände auf.
Auch reflektierende oder stark variierende Oberflächen können die Bildaufnahme beeinflussen.
Deshalb sollten Muster möglichst typische reale Zustände abbilden. Dazu gehören beispielsweise:
- geölte Metallteile,
- leicht verschmutzte Bauteile,
- Teile mit Kratzern oder Bearbeitungsspuren,
- transparente oder spiegelnde Oberflächen,
- wechselnde Farben und Materialstrukturen,
- und unterschiedliche Chargen.
Solche Muster helfen dabei, geeignete Beleuchtungsszenarien zu entwickeln und die Grenzen der Bildverarbeitung realistisch einzuschätzen.
Software kann viele Schwankungen kompensieren. Sie kann jedoch kein Merkmal auswerten, das aufgrund ungeeigneter Bildaufnahmebedingungen nicht sichtbar ist.
Materialstreuung realistisch bewerten
Natürliche Materialschwankungen können eine erhebliche Herausforderung für die visuelle Inspektion darstellen.
Kunststoffe können sich beispielsweise in Farbe, Transparenz oder Oberflächenstruktur unterscheiden. Metallteile weisen unterschiedliche Rauheiten, Reflexionen oder Bearbeitungsspuren auf. Glas und transparente Materialien können chargenabhängig anders auf Beleuchtung reagieren.
Werden nur Muster aus einer einzelnen Charge untersucht, kann die spätere Prüfleistung überschätzt werden.
Für eine belastbare Bewertung sollten nach Möglichkeit unterschiedliche Chargen, Lieferanten oder Produktionszeiträume berücksichtigt werden.
So lässt sich erkennen, welche Schwankungen zulässig sind und ob zusätzliche Maßnahmen bei Beleuchtung, Produktführung oder Auswertung erforderlich werden.
Taktzeit beeinflusst das Systemkonzept
Eine technische Prüfung muss nicht nur zuverlässig sein, sondern auch innerhalb der verfügbaren Produktionszeit erfolgen.
Für die Machbarkeitsstudie sind deshalb konkrete Informationen zur Taktzeit erforderlich:
- Wie viele Teile werden pro Minute geprüft?
- Wie groß ist der Abstand zwischen den Produkten?
- Steht das Bauteil während der Aufnahme still?
- Erfolgt die Bildaufnahme während der Bewegung?
- Wie viele Perspektiven werden benötigt?
- Wie schnell muss das Ergebnis an die SPS übertragen werden?
- Wie viel Zeit bleibt bis zur Ausschleusung?
Eine Prüfaufgabe kann im Labor technisch lösbar sein, aber unter der geforderten Geschwindigkeit ein anderes Systemkonzept benötigen.
Möglicherweise sind mehrere Kameras, parallele Auswertungen, Stroboskopbeleuchtung oder eine optimierte Produktführung erforderlich.
Die Taktzeit gehört deshalb zu den zentralen Randbedingungen einer realistischen Machbarkeitsbewertung.
Einbausituation und Handling mitdenken
Die spätere Maschinenumgebung bestimmt, wie Kamera, Optik und Beleuchtung integriert werden können.
Wichtige Informationen sind:
- verfügbarer Bauraum,
- mögliche Kamerapositionen,
- Arbeitsabstände,
- Zugänglichkeit für Wartung und Reinigung,
- Bewegungsrichtung des Produkts,
- Produktführung und Lagegenauigkeit,
- Vibrationen,
- Schutzanforderungen,
- und vorhandene Schnittstellen.
Auch das Handling des Produkts kann entscheidend sein. Ein Bauteil, das im Labor manuell exakt positioniert wird, kann in der Produktionslinie deutlich stärker schwanken.
Diese Abweichungen müssen entweder mechanisch begrenzt oder in der Bildverarbeitung berücksichtigt werden.
Eine Machbarkeitsstudie sollte daher möglichst früh klären, wie das Produkt später tatsächlich präsentiert wird.
Welche Informationen zusätzlich benötigt werden
Neben den Musterteilen helfen strukturierte Informationen zur Prüfaufgabe.
Dazu gehören insbesondere:
- Beschreibung des Produkts,
- qualitätskritische Merkmale,
- bekannte Fehlerbilder,
- Gut-/Schlechtdefinition,
- Toleranzen,
- Varianten,
- Produktionsgeschwindigkeit,
- Einbausituation,
- gewünschte Gut-/Schlechtreaktion,
- Anforderungen an Dokumentation,
- und benötigte Schnittstellen.
Auch Informationen zur Häufigkeit einzelner Fehler sind hilfreich. Ein sehr seltenes Fehlerbild kann andere Teststrategien erfordern als ein regelmäßig auftretender Defekt.
Je vollständiger die Rahmenbedingungen beschrieben sind, desto gezielter kann die Untersuchung durchgeführt werden.
Klassische Bildverarbeitung oder Machine Learning?
Die Musterteile helfen auch bei der Entscheidung, welches Auswertungsverfahren geeignet ist.
Klassische Bildverarbeitung eignet sich häufig für klar definierte Merkmale wie:
- Maße,
- Positionen,
- Konturen,
- Anwesenheit,
- Codes,
- oder eindeutig beschreibbare Abweichungen.
Machine Learning kann Vorteile bieten, wenn Fehlerbilder stark variieren oder schwer durch feste Regeln beschrieben werden können. Dazu gehören beispielsweise komplexe Oberflächen oder kosmetische Defekte.
Die Technologie sollte jedoch nicht vor der Musteranalyse festgelegt werden.
Erst die tatsächliche Prüfaufgabe und die Bandbreite der Teile zeigen, ob klassische Verfahren, KI oder eine Kombination sinnvoll sind.
Realistische Muster reduzieren Projektrisiken
Eine Machbarkeitsstudie schafft keine absolute Garantie für jede denkbare spätere Situation. Sie kann jedoch technische Risiken deutlich reduzieren.
Mit geeigneten Mustern lässt sich unter anderem bewerten:
- ob das relevante Merkmal optisch sichtbar ist,
- welche Perspektive benötigt wird,
- welches Beleuchtungskonzept geeignet ist,
- welche Auflösung erforderlich ist,
- wie robust die Auswertung gegenüber Schwankungen ist,
- ob Varianten abgedeckt werden können,
- und ob die geforderte Taktzeit realistisch ist.
Damit entsteht eine fundierte Grundlage für Systemauslegung, Angebot, Terminplanung und Investitionsentscheidung.
Je näher die Muster an der späteren Produktion liegen, desto belastbarer ist das Ergebnis.
Abnahmekriterien frühzeitig vorbereiten
Die Machbarkeitsphase ist auch der richtige Zeitpunkt, um spätere Abnahmekriterien vorzubereiten.
Dazu können gehören:
- welche Fehler sicher erkannt werden müssen,
- welche Gutteilschwankungen zulässig sind,
- welche Grenzmuster gelten,
- welche Pseudofehlerrate akzeptabel ist,
- welche Messgenauigkeit benötigt wird,
- und welche Taktzeit erreicht werden muss.
Ohne klar definierte Kriterien entstehen während der Inbetriebnahme leicht unterschiedliche Erwartungen.
Repräsentative Muster bilden daher nicht nur die Grundlage der technischen Untersuchung. Sie helfen auch, eine gemeinsame Bewertungsbasis für das spätere Projekt zu schaffen.
Das schwierige Muster ist ehrlich
Perfekte Gutteile zeigen, wie einfach eine Prüfaufgabe unter idealen Bedingungen sein kann. Schwierige Teile zeigen dagegen, wie die Anwendung tatsächlich ausgelegt werden muss.
Besonders wertvoll sind deshalb:
- reale Fehlerteile,
- Grenzmuster,
- unterschiedliche Varianten,
- verschmutzte oder reflektierende Komponenten,
- wechselnde Materialchargen,
- und Informationen aus dem tatsächlichen Produktionsprozess.
OCTUM nutzt Machbarkeitsstudien, um Prüfaufgaben vor der Investition technisch zu bewerten und geeignete Bildaufnahme- und Auswertungskonzepte zu entwickeln.
Denn eine Machbarkeitsstudie soll nicht beweisen, dass ein System im Idealfall funktioniert.
Sie soll zeigen, ob eine Prüflösung unter realistischen Bedingungen sinnvoll, stabil und wirtschaftlich ausgelegt werden kann.
Oder anders gesagt: Das perfekte Muster ist nett. Das schwierige Muster ist ehrlich.