KI-basierte Inspektion: Die Zukunft der Qualitätskontrolle

Abstrakte digitale Landschaft aus leuchtend blauen Datenpunkten, die wellenartige Strukturen auf einem dunklen Hintergrund bilden.

Industrien und Produktionsprozesse entwickeln sich fortlaufend weiter und künstliche Intelligenz gewinnt in den Inspektionsprozessen zunehmend an Bedeutung. Doch wussten Sie, welche Möglichkeiten Sie bereits heute haben und wie KI Ihren Inspektionsprozess unterstützen kann? Wir haben mit Christian Wojek, Head of AI bei ZEISS Industrial Quality Solutions, gesprochen und ihn gefragt, wie KI die industrielle Messtechnik und die Zukunft der Qualitätskontrolle prägt.

Christian, was sind die wichtigsten Treiber für den Einsatz von KI in Inspektionsprozessen?

Im Zuge der Transformation der Industrie verlagert sich die Qualitätskontrolle immer stärker von dimensionaler Messtechnik und den Fachleuten im Messraum hin zu automatisierter Inspektion und Messtechnik, die im Produktionsprozess integriert ist. Diese Veränderung ist ganz gezielt auf höhere Effizienz und auf eine feste Einbindung von Automatisierung ausgerichtet. Die Hauptgründe für die Einführung von KI sind die Notwendigkeit, die Produktivität zu steigern, die Fehlerrate zu senken und Herausforderungen wie Preisdruck und Fachkräftemangel entgegenzuwirken. Kunden verlangen nach qualitativ hochwertigen, vollautomatisierten, hochpräzisen und gleichzeitig flexiblen Lösungen. Mit der fundierten Industrieerfahrung von ZEISS können wir als verlässlicher Partner agieren, der umfassende, anwenderfreundliche KI-Lösungen liefert, die perfekt auf die vielfältigen Anforderungen in den verschiedensten Industriezweigen abgestimmt sind.

Welche KI-Technologien kommen aktuell in Inspektionsprozessen zum Einsatz?

Wir bei ZEISS haben schon vor Jahren KI in unzählige Anwendungen integriert. Den Anfang machten Inline-CT-Anwendungen zur Gussfehlerdetektion. In der Mikroskopie waren Schichtdickenmessungen, die Partikelerkennung für technische Sauberkeit sowie die Korngrößenanalyse im Fokus. Kürzlich haben wir unser Angebot um KI-basierte Inspektionsoptionen für elektronenmikroskopische Anwendungen wie die Metallografie erweitert. Für CT- und Röntgenanwendungen bieten wir eine KI-gestützte Inspektion an, z. B. zur Rauschunterdrückung in Röntgenbildern und verbesserte Funktionen für die Schweißnahtprüfung und Defekterkennung in Batteriezellen. KI spielt auch für die Erkennung von Defekten wie Porosität (beispielsweise in Gussteilen) eine wichtige Rolle und unterstützt die zerstörungsfreie Prüfung (NDT).

Wie kann KI die Inspektion im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren optimieren und wo wird sie angewendet?

KI verbessert die Inspektion ganz erheblich, weil sie auch mit schwierigen Bildgebungsbedingungen umgehen kann, wie z. B. der Rauschunterdrückung und der Reduktion von Artefakten in CT-Bildern. So kommt es zu weniger Falschdetektionen und die Ergebnisse sind deutlich verlässlicher. KI kann Fehler erkennen, die herkömmliche Software übersehen könnte, und agiert so auf dem Niveau menschlicher Erkennungsleistung. Auch der Zeitaufwand für die Implementierung ist drastisch gesunken. KI-Modelle lassen sich im Anschluss an das Scannen von Proben im Handumdrehen erstellen. Sie werden sowohl in Messräumen genutzt, in denen es auf leichte Bedienbarkeit ankommt, als auch in Fertigungsumgebungen, wo Geschwindigkeit und Erkennungsleistung zählen. Für beide Anwendungsgebiete gilt, dass die mit der Qualitätskontrolle betrauten Personen mit anwenderfreundlichen Tools arbeiten können.

Welche Optionen bietet ZEISS Kunden an, die sich für KI-Lösungen interessieren?

Das Wichtigste zuerst: Unsere KI-Lösungen sind für alle leicht zu bedienen. Man muss kein KI-Profi sein, um damit zu arbeiten. Wenn Kunden Modelle nach ihren eigenen Wünschen entwickeln möchten, haben sie die Möglichkeit, mit unseren ZEISS KI-Anwendungsexperten zusammenzuarbeiten. Wir haben schon mehr als 100 KI-Modelle für Mikroskopie- und CT-Anwendungen erstellt und bieten vortrainierte Modelle für gängige Anwendungsfälle an. Kunden können auch eigene Deep-Learning-Modelle mit Mikroskopiedaten trainieren. Diese Funktion soll künftig auch auf andere Technologien wie CT-Daten erweitert werden. Die Ausführung der KI-Modelle ist selbstverständlich nahtlos in die ZEISS Software integriert und gewährleistet höchste Effizienz bei der Bildanalyse.

Verschiedene Mikroskopie- und Bildgebungssysteme von ZEISS werden auf separaten weißen Plattformen präsentiert, die digital miteinander verbunden sind.

KI-gestützte Analyse für die Mikroskopie

Mit unserer Mikroskopiesoftware ZEISS ZEN core können Sie Bilder aufnehmen, Proben analysieren und alle Daten zu einem ganzheitlichen Ökosystem der vernetzten Mikroskopie zusammenführen. KI-basierte Algorithmen lassen sich mühelos und ohne Programmieraufwand über den gesamten Workflow hinweg einbinden, von der Aufnahme bis zur Analyse. Mit der neuesten Version ist ZEISS ZEN core nun auch für die Elektronenmikroskopie verfügbar. Damit steht Ihnen das gesamte Mikroskopie-Portfolio für Ihre vernetzte Forschungsumgebung zur Verfügung.

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Nahaufnahme eines sternförmigen Metallbauteils mit einer zentralen schwarzen kreisförmigen Öffnung.

Können Sie Beispiele nennen, wo KI die Inspektionsprozesse in verschiedenen Anwendungen erheblich verbessert hat?

Sehr gern. Der Medizintechnik-Hersteller Smith & Nephew automatisiert mit unserer KI-gestützten Software die mikroskopische Inspektion von Implantatbeschichtungen. Die Messzeiten konnten von 45–60 Minuten auf unglaubliche 5–7 Minuten reduziert werden – das entspricht einer zehnfach höheren Effizienz. Auch Festo, ein Branchenführer in der Automatisierungsindustrie, nutzt unsere KI-unterstützte, automatisierte Defekterkennung für die Porositätsanalyse mit CT-Daten. Und wie funktioniert das? ZEISS hat KI-Modelle darauf trainiert, Muster in Gussteilen zu erkennen, wodurch eine automatisierte Segmentierung und Klassifizierung von Defekten möglich gemacht wird. Damit ist Festo in der Lage, selbst kleinste Unregelmäßigkeiten effektiver zu quantifizieren und zu bewerten.

Welche spannenden KI-Trends sehen Sie auf dem Gebiet der Inspektion? Wie werden künftige Fortschritte in der KI-Entwicklung die Inspektionsprozesse transformieren?

KI ist kein Zukunftsthema mehr; vielmehr wird sie schon heute aktiv in den verschiedensten Industriezweigen eingesetzt. Wir sehen eine Verlagerung hin zu End-to-End-Lösungen für die ganzheitliche Prozessoptimierung. Dazu werden auch Prozessdaten mit Qualitätsdaten vernetzt, sodass quasi ein geschlossener Regelkreis entsteht. KI kann hierbei eine entscheidende Rolle spielen. Ich denke, wir bewegen uns langfristig auf eine Ära autonomer Inspektionssysteme in „dark factories“ zu, in denen Menschen nur noch minimal eingreifen müssen. In diesen Umgebungen erledigen Maschinen, Roboter und KI-Systeme autonom sämtliche Aufgaben von der Produktion über die Montage bis hin zur Qualitätskontrolle. Dadurch können Betriebsabläufe gestrafft und die Effizienz optimiert werden. Es liegen spannende Zeiten vor uns.

Dr. Christian Wojek
Head of Artificial Intelligence, ZEISS Industrial Quality Solutions

Christian Wojek treibt die Anwendung von KI bei ZEISS Industrial Quality Solutions voran, um die Produktentwicklung und interne Prozesse zu optimieren. Er unterstützt aktiv mehrere Teams dabei, Innovationen und Arbeitsabläufe durch KI zu verbessern, war maßgeblich an der Entwicklung führender Computer-Vision-Lösungen für Röntgen- und CT-Aufnahmen beteiligt und setzt sich leidenschaftlich dafür ein, die neuesten Fortschritte auf dem Gebiet des maschinellen Lernens in praktische Anwendungen einzubringen und auf diese Weise richtungsweisende Lösungen zu gestalten, die Kunden ihre täglichen Abläufe erleichtern.

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