Success Story: KI Klassifikationsystem für Kugeloberflächen bei ibg Prüfcomputer GmbH

Zusammenfassung:

• Der Prüfgerätehersteller ibg verfolgt das Ziel, ihre Prüfmaschinen durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz weiterzuentwickeln, um ihre Marktführerschaft in der zerstörungsfreien Prüfung langfristig zu sichern. Nach der Ausarbeitung erster, intern entwickelter KI-Prototypen, ging ibg eine Partnerschaft mit Neuroforge ein, um deren Fachwissen für die vollständige Entwicklung und Implementierung einer robusten, in die Maschineninfrastruktur integrierten KI-Lösung zu nutzen.

  
  

• Gemeinsam mit Neuroforge startete ibg ein transformatives Projekt, das im Juni 2020 begann. Die Zusammenarbeit begann als Sparringspartner für die ibg-interne KI-Forschung und entwickelte sich zu einer voll funktionsfähigen KI-gesteuerten Software-Anwendung, die in bestehende Systeme des Unternehmens integriert wurde.

  
  

• Das Ergebnis der Partnerschaft ist eine speziell auf die ibg-Maschinen zugeschnittene KI-gestützte Software, die die Fähigkeiten des Unternehmens erheblich erweitert, die Präzision der Materialklassifizierung verbessert und die Position des Unternehmens als Marktführer stärkt.

  
  

Einführung

Die Anpassung an den technologischen Wandel ist für führende Unternehmen im Bereich der industriellen Fertigung und der zerstörungsfreien Prüfung (kurz: ZfP, englisch: Non Destructive Testing, NDT) von entscheidender Bedeutung. Die ibg Prüfcomputer GmbH (kurz ibg), ein führendes Unternehmen im Bereich der Herstellung von Geräten und Anlagen für die zerstörungsfreie Prüfung, hat das Potenzial der künstlichen Intelligenz zur Optimierung ihrer Produktpalette frühzeitig erkannt. Als Innovator der Branche ist das Unternehmen bestrebt, gängige Lösungen in der zerstörungsfreien Prüfung mit Hilfe von KI weiter zu verbessern.

Wir von Neuroforge begleiten ibg seit mehreren Jahren als Sparringspartner für die hauseigene KI-Forschung. Grundlage unserer Co-Innovation und der Zusammenarbeit auf Augenhöhe ist ein gemeinsames, unermüdliches Streben nach technologischem Fortschritt – mit dem klaren Ziel, durch kontinuierliche Weiterentwicklung der Lösung neue Impulse in der Branche zu setzen.

Wir schätzen Partnerschaften, in denen sich Innovationskraft gegenseitig ergänzt und verstärkt – genau das zeichnet unsere Zusammenarbeit mit ibg aus: So brachte ibg die visionäre Idee und einen intern entwickelten KI-Prototyp schon mit in das Projekt, während Neuroforge sein tiefgreifendes Know-how in der KI-Entwicklung und Systemintegration einfließen ließ. In einem intensiven technischen Sparring wurden die bestehenden Modelle gemeinsam weiterentwickelt – zu einsatzfähigen Komponenten, die den Anforderungen des Echtbetriebs gerecht werden. Diese Kombination aus beidseitiger Expertise und Zusammenarbeit auf Augenhöhe war die Grundlage für die Entwicklung einer neuen Generation KI-gestützter Prüfgeräte und -maschinen.

Vision 

Seit über 40 Jahren ist ibg ein Pionier der Wirbelstromprüfung. Das Unternehmen hat sich durch ständige Innovationen zu einem weltweit führenden Hersteller von Wirbelstromprüfgeräten für die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) entwickelt. Bereits 2017 entstand erstmals die Idee, Künstliche Intelligenz in diesen Bereich zu integrieren.

ibg erkannte früh die Notwendigkeit, über die gängigen Methoden hinauszugehen, und hatte zuvor die Integration von KI in ihre bestehende, auch schon Machine-Learning-basierte Geräteplattform untersucht. Sie entwickelten zunächst im Sparring mit Neuroforge ein KI-Modell basierend auf maschinellem Lernen, um die Klassifizierung von Keramikkugeln für die Qualitätssicherung zu automatisieren - ein entscheidender Schritt für die Prüfkapazitäten ihrer Kunden, der sowohl die Prüfgenauigkeit als auch die Effizienz erheblich steigern und einen neuen Standard für Prüfmaschinen setzen sollte.

Da dieses System gute Ergebnisse lieferte, verfolgte ibg das Ziel, weitergehende KI-Funktionalität zu integrieren – um die Genauigkeit nochmals zu erhöhen, Fehler zu minimieren und die Betriebskosten für ihre Kunden nachhaltig zu senken. Dazu war es notwendig, die vorhandenen KI-Modelle zu einer funktionsfähigen Komponente für den Echtbetrieb inklusive einer Benutzeroberfläche für die Nutzer weiterzuentwickeln und diese nahtlos in die Maschinen und Abläufe zu integrieren. Hierfür entwickelte ibg auf Basis ihrer Erfahrungen ein Konzept eines graphischen Benutzerinterfaces.

An diesem Punkt begann unsere Partnerschaft: Was als Forschungs- und Sparringszusammenarbeit startete, entwickelte sich rasch zur gemeinsamen Umsetzung einer voll integrierten, funktionsfähigen KI-Komponentenlösung.

Gemeinsam mit uns als Entwicklungspartner für dieses Projekt begann ibg, eine neue Generation von KI-gestützten Prüfmaschinen zu entwickeln, mit dem Ziel, den bestehenden Stand der Technik zu verbessern und die nächste Generation von Prüfgeräten zu bauen. Ausschlaggebend für die Co-Innovation sollte der visionäre Ansatz von ibg und der Bedarf an spezialisiertem Know-how in der KI-Entwicklung und Systemintegration sein. Wir brachten das nötige technische Know-how mit, um die KI-Modelle von ibg zu robusten Komponenten auszubauen, die eine anspruchsvolle Materialklassifizierung in Echtzeit ermöglichen.

Lösung

„Neuroforge steht für echtes

Sparring und technologische

Spitzenlösungen –

so entsteht Co-Innovation,

die wirklich weiterbringt.“

Wolfgang Korpus

CTO

ibg Prüfcomputer GmbH

Aus der Zusammenarbeit entstand eine maßgeschneiderte Softwarelösung, die exakt auf die spezifischen Bedürfnisse von ibg und dessen Kunden zugeschnitten ist. Sie integriert fortschrittliche KI-Komponenten in die Kugelprüfautomaten der neuen Generation von ibg und erweitert deren analytische Fähigkeiten deutlich. Dadurch werden neue Erfahrungen bei der Verwendung von ZfP-Maschinen geschaffen.

Die Basis der KI-Komponente wurde durch die Implementierung einer spezifischen Schnittstellenarchitektur geschaffen. Sie ermöglicht eine nahtlose Integration der KI in die bestehenden Maschinensysteme. Ihr zentraler Vorteil liegt in der Flexibilität: Über diese Schnittstelle können verschiedene Softwaremodule effizient und sicher innerhalb des Maschinennetzwerks kommunizieren. So werden alle beteiligten Systeme zuverlässig miteinander verbunden – ganz ohne Kompatibilitätsprobleme.

Der Kern der KI-Komponente wurde in enger Zusammenarbeit entwickelt, um die bestehende laserbasierte Computer-Vision-Technologie von ibg gezielt zu verbessern. Dieses System war auf der Basis von Laserlichtreflektion bereits in der Lage, hochauflösende C-Bilder der optischen Oberflächenprüfung von Keramikkugeln zur Fehlerprüfung zu erstellen.

Mit der Integration einer KI in dieses System werden die Bilddateien nun automatisch analysiert, Defekte identifiziert und die Kugeln in die Kategorien „OK“ oder „nicht OK“ eingeteilt. Dabei kommt ein Deep-Learning-Modell zum Einsatz, das die menschliche Mustererkennung nachbildet und die bestehende Technologie in ihrer Fähigkeit zur präzisen Fehlererkennung und -klassifizierung deutlich verbessert.

Um mehr Transparenz im Prüfprozess zu schaffen, wurde das KI-System mit einer Erklärungsfunktion ausgestattet, die den Bedienern klare Einblicke gewährt. Wenn eine Kugel als "OK" oder "nicht OK" eingestuft wird, hebt die KI bestimmte Bereiche auf der Oberfläche der Kugel hervor, die auf erkannte Fehler hinweisen. Dies zeigt nicht nur, was erkannt wurde, sondern auch, wo es sich befindet und welche Intensität das Fehlersignal hat, was für die Kunden von ibg, die Fertigungsfehler ausfindig machen wollen, entscheidend ist. Diese Detailgenauigkeit ermöglicht es ihnen, gezielte Verbesserungen in ihrer Produktionslinie vorzunehmen und den gesamten Qualitätssicherungsprozess zu verbessern.

Bei der Entwicklung der Benutzeroberfläche für die KI-Komponente hielten wir uns eng an die von ibg vorgegebenen Design-Spezifikationen und brachten gleichzeitig unser Design-Know-how ein, um die Funktionalität des Systems zu verbessern. Die Schnittstelle zeigt eine 3D-Darstellung der Keramikkugeln mit einem KI-Erklärer, der Defekte direkt auf dem Bild hervorhebt. Unterhalb dieser visuellen Darstellung ist ein historisches Protokoll der Prüfergebnisse verfügbar, mit dem sich Trends und wiederkehrende Probleme leicht verfolgen lassen. Dies verbessert nicht nur die Benutzerfreundlichkeit, sondern steigert auch die betriebliche Effizienz, da die Daten für die Betreiber leichter zugänglich und umsetzbar sind.

Die Anpassungsfähigkeit der Software ist ein Hauptmerkmal: Das System ist für die Klassifizierung von Kugeloberflächen aller Art vorbereitet. So werden aktuell von den KI-Modellen neben Keramikkugeln auch Stahlkugeln unterstützt. Diese Flexibilität wird durch eine Funktion realisiert, die den einfachen Import und die Integration neuer KI-Modelle ermöglicht, wodurch die Notwendigkeit einer umfangreichen Neuprogrammierung entfällt. Sollte ibg eine neue Art von Gegenständen prüfen müssen, können sie mühelos ein speziell zugeschnittenes KI-Modell integrieren.

In Zusammenarbeit mit dem ibg-Entwicklungsteam, das die Steuerungssysteme der Maschine betreut, wurde die KI-Anwendung nahtlos in das Gesamtsystem integriert. Diese Integration beinhaltet die Automatisierung der Datenflüsse zwischen der KI-Komponente und dem Hauptrechnersystem der Maschine über SPS-APIs, wodurch die automatische Verarbeitung und Nutzung der Klassifizierungsergebnisse ermöglicht wird. Wir stellten sicher, dass die KI-Systeme Klassifizierungsergebnisse, die den Leistungsanforderungen entsprechen, in Echtzeit liefern können. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Techniken zur Leistungsprofilierung und -optimierung eingesetzt (Profiling, Benchmarking, Flamegraphing), um einen hohen Durchsatz in der KI-Pipeline der endgültigen Anwendung zu erreichen.

Um eine leistungsfähige KI-Komponente zu erhalten, wurde das Training der Modelle gemeinsam mit ibg systematisch aufgesetzt. Dank gezielter Orchestrierung des Trainingsprozesses konnten neue Modelle effizient entwickelt, relevante Parameter berücksichtigt und die Erklärbarkeit der KI gezielt verbessert werden.

Die Zusammenarbeit hat damit nicht nur die technologischen Anforderungen von ibg erfüllt, sondern setzt auch ein starkes Zeichen für zukunftsweisende Innovation – und trägt dazu bei, ibgs Technologieführerschaft in der zerstörungsfreien Prüfung nachhaltig auszubauen.

Ergebnis

„Die partnerschaftliche Zusammenarbeit mit Neuroforge war für uns ein entscheidender Erfolgsfaktor. Im technischen Austausch gelang es uns, unsere

intern entwickelten KI-Modelle gemeinsam zu einsatzfähigen Komponenten für den Echtbetrieb weiterzuentwickeln, die eine präzise Materialklassifizierung in Echtzeit ermöglichen. Die Integration dieser KI-Komponente hat nicht nur die Fehlerquote deutlich reduziert, sondern auch die Betriebskosten für unsere Kunden spürbar gesenkt. Damit haben wir einen entscheidenden Beitrag zur technologischen Weiterentwicklung unserer Prüfplattform geleistet – und wir arbeiten bereits an weiteren Funktionen, um unseren technologischen Vorsprung langfristig auszubauen.“

Jaroslaw Litau, Leiter Applikationsentwicklung, ibg Prüfcomputer GmbH

Die Partnerschaft mit Neuroforge hat ibg den Weg zu einer neuen Generation von KI-gestützten zerstörungsfreien Prüfmaschinen eröffnet, die in der Branche einen bedeutenden Eindruck hinterlassen. Diese fortschrittliche Technologie hat die Erwartungen nicht nur erfüllt sondern übertroffen, und bietet außergewöhnliche Genauigkeit und Effizienz. Die erfolgreiche Markteinführung beweist den echten Wert und den Wettbewerbsvorteil, den diese KI-gestützten Maschinen auf dem Markt genießen.

Bei Neuroforge blicken wir mit Stolz auf eine Zusammenarbeit, die ibgs Innovationsgeist und unsere Expertise in der KI-Entwicklung erfolgreich zusammengeführt hat. Entstanden ist eine Lösung, die das Produktportfolio von ibg gezielt erweitert und neue Maßstäbe in puncto Qualität und Effizienz in der industriellen Prüfung setzt.

Das Projekt zeigt eindrucksvoll, was durch partnerschaftliche Co-Innovation möglich ist: Die KI-gestützten Maschinen von ibg leisten heute einen wesentlichen Beitrag zur Optimierung von Qualitätssicherungsprozessen in der Industrie.

Wenn Sie Ihre Dienstleistung oder Ihr Produkt mit außergewöhnlicher KI- und BigData-Expertise ausstatten möchten, sind Sie bei Neuroforge genau richtig. Wir helfen Ihnen dabei, die Möglichkeiten von KI für Ihr Unternehmen zu entdecken, und befähigen Sie dann, diese in echte, maßgeschneiderte Lösungen umzusetzen.