Fraunhofer entwickelt KI gegen Pseudoausschuss

Mit einer nachrüstbaren KI-Plattform wollen Forscher und Entwickler rund um das Fraunhofer IMS den Pseudoausschuss in kamerabasierten Prüf- und Sortieranlagen reduzieren. Die KI soll direkt an der Anlage lernen und Bauteile mit einer Genauigkeit von mindestens 90 Prozent klassifizieren.

KI in der Qualitätskontrolle
Automatisierte optische Bauteilprüfung: Eine Schraube wird auf einem Drehteller unter Auflicht rundum erfasst. Dies bildet die Grundlage für das Optimieren des Prüfprozesses auf Basis Künstlicher Intelligenz. (Quelle: SDC Control GmbH)

KI in der Qualitätskontrolle soll künftig verhindern, dass kamerabasierte Prüf- und Sortieranlagen einwandfreie Bauteile unnötig aussortieren. Je nach Bauteil und Prüfmerkmal können bislang bis zu 30 Prozent der einwandfreien Teile als Ausschuss eingestuft werden. Diesen sogenannten Pseudoausschuss müssen Mitarbeiter erneut prüfen und sortieren. Das kostet Zeit, bindet Personal und verringert die Produktivität.

Im Forschungsprojekt „Nachrüstbare KI-Plattform zur Minimierung von Pseudoausschuss“ (KIMIPA) entwickeln deshalb das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS, die SDC Control GmbH und die Scemtec Hard- und Software für Mess- und Steuerungstechnik GmbH eine nachrüstbare Plattform, die mit Künstlicher Intelligenz (KI) arbeitet. Das System soll Pseudoausschuss erkennen, die Ursachen analysieren und direkt an der Anlage lernen, ohne Produktionsdaten in eine Cloud zu übertragen. Das Ziel ist eine Produktivitätssteigerung von bis zu 25 Prozent.

Schmutz und Lichtwechsel verfälschen Bilder

Heutige kamerabasierte Prüf- und Sortieranlagen arbeiten überwiegend mit festen Regeln und Schwellenwerten. Verschmutzungen, wechselnde Lichtverhältnisse oder Fokusabweichungen führen daher regelmäßig dazu, dass die Anlagen einwandfreie Bauteile als Ausschuss deklarieren. Starre Schwellenwerte können solche Veränderungen nicht ausgleichen, weil sie den Zustand der Anlage nicht kennen.

„Pseudoausschuss heißt, dass wir dieselben Teile mehrfach prüfen und sortieren, und zwischendurch von Hand nachkalibrieren“, berichtet Dennis Freudenreich, Geschäftsführer der SDC Control. „Das mindert die Effizienz der ganzen Linie. Besonders deutlich zeigt sich das in der Lohnsortierung: Wer Bauteile im Kundenauftrag prüft und sortiert, rechnet pro Teil ab, jeder Fehlausschuss kostet unmittelbar Geld.“

Algorithmen lernen direkt an der Anlage

Im Zentrum des Forschungsprojekts steht eine universell nachrüstbare Hardwareplattform, auf der sich Modelle für Künstliche Intelligenz nicht nur ausführen, sondern direkt vor Ort nachtrainieren lassen. Das System ordnet geprüfte Bauteile den Klassen „in Ordnung“, „nicht in Ordnung“ und „Pseudoausschuss“ zu und erkennt parallel die Ursache einer Fehlbewertung, zum Beispiel Verschmutzungen, ungünstige Beleuchtung oder eine Prozessabweichung. Die Entwickler streben eine Klassifikationsgenauigkeit von mindestens 90 Prozent an.

Die technische Grundlage dafür liefert das Fraunhofer IMS: Mit dem am Institut entwickelten Open-Source-Framework AIfES (Artificial Intelligence for Embedded Systems) lassen sich neuronale Netze ausführen, direkt auf Mikrocontrollern trainieren und anpassen. Damit gehört das Fraunhofer IMS zu den wenigen Einrichtungen, die selbstadaptives Lernen auf ressourcenbeschränkter Hardware beherrschen. Dies ist Voraussetzung dafür, dass die verbesserte Prüfung ohne Cloud auskommt.

Erfahrungswissen fließt in das Training ein

Über eine digitale Benutzeroberfläche kennzeichnen Anlagenmechaniker fehlerhaft aussortierte Teile und bringen so ihr Erfahrungswissen unmittelbar in das Training der Algorithmen ein. Gleichzeitig liefert das System konkrete Handlungsempfehlungen zur Nachsteuerung, etwa zur Beleuchtung, zur Zuführgeschwindigkeit oder zur Reinigung von Anlagenkomponenten. Perspektivisch soll die Plattform ausgewählte Prozessparameter selbst anpassen und auf Abweichungen in weniger als einer Sekunde reagieren.

Da vorhandene Anlagen weiter genutzt werden sollen, setzt das Konsortium auf offene Standards und gängige Industrieschnittstellen wie OPC UA (OPC Unified Architecture) und MQTT (Message Queuing Telemetry Transport). Die Lösung ist modular aufgebaut und soll sich herstellerunabhängig in vorhandene Produktions-, Prüf- und Sortierlinien integrieren lassen. Vergleichbare Systeme sind derzeit nach Aussage der Forscher nicht am Markt verfügbar. Bestehende Ansätze arbeiteten entweder regelbasiert, cloudgestützt oder branchenspezifisch geschlossen.

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Vom Prüfaufbau in die Serienfertigung

In den kommenden Projektphasen werden die entwickelten Verfahren unter realen Produktionsbedingungen erprobt. Geplant sind Messreihen an realen Prüfaufbauten sowie die schrittweise Integration in bestehende Anlagen. Im Fokus steht dabei die Übertragbarkeit der KI-Modelle auf unterschiedliche Bauteile, Prüfmerkmale und Anlagentypen.

Mit der KI-Plattform zur Minimierung von Pseudoausschuss leisten die Partner einen Beitrag zur ressourcenschonenden Produktion: Weniger Pseudoausschuss bedeutet kürzere Prüfzeiten, geringeren Material- und Energieeinsatz sowie eine Entlastung des Bedienpersonals. Da die Plattform ohne Cloud-Backend arbeitet, entstehen zudem keine laufenden Betriebskosten für externe Rechenleistung und Datenübertragung. Im Fokus stehen die Lohnsortierung und die optische Qualitätssicherung in der Serienfertigung.

Getragen wird das Forschungsprojekt von einem Konsortium aus Mittelstand und Forschung. Neben dem Fraunhofer IMS sind die SDC Control GmbH und die Scemtec Hard- und Software für Mess- und Steuerungstechnik GmbH beteiligt. Das Fraunhofer IMS erhält eine Fördersumme von 279.720 Euro. Das Projekt läuft seit dem 1. Juni 2026 bis zum 31. Mai 2028. Es wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) gefördert.

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