Wenn jeder Handgriff sitzt

Manuelle Arbeitsplätze sind in vielen Werken die letzten weißen Flecken der Digitalisierung. Genau hier setzt das Assistenzsystem "Der Schlaue Klaus" von Optimum Datamanagement Solutions an: Es prüft Bauteile per Kamera in Echtzeit, führt den Werker durch den Arbeitsschritt und dokumentiert jeden Handgriff. Die Kameratechnik liefert The Imaging Source (TIS). Seit 2022 arbeiten beide Unternehmen strukturiert zusammen - und die Zusammenarbeit begann aus einer sehr praktischen Not heraus.

Aus einem Lieferengpass wurde eine Partnerschaft

Der ursprüngliche Anlass für die Kooperation war, dass ein Wettbewerber nicht lieferfähig war. "TIS ist im Markt herausgestochen, weil es trotz Elektronikengpass liefern konnte", sagt Wolfgang Mahanty, Geschäftsführer von Optimum - konkret mit einer 20-Megapixel-Kamera mit Global Shutter. Gerade in Zeiten instabiler Lieferketten habe sich der Kamerahersteller durch eine vorausschauende Lagerhaltung und ein unkompliziertes Aufstocken kritischer Bauteile ausgezeichnet. Hinzu kam ein technisches Alleinstellungsmerkmal: "Ebenso hat TIS mit seiner GenICam-konformen Zoom- und Autofokus-Kamera ein absolutes Alleinstellungsmerkmal am Markt, welches dem Schlauen Klaus hilft, noch variabler einsetzbar zu sein", so Mahanty.

Am Anfang standen zwei Anforderungen im Vordergrund: Auflösung und Zuverlässigkeit. Nicht-europäische Alternativen wurden getestet, schnitten aber nicht gut ab. Ausschlaggebend war zudem die Betreuung an der Schnittstelle - ein schneller und technisch fundierter Support bei Hardware, Software und SDK.

Warum es nicht allein auf den Sensor ankommt

Die Standardkamera im Schlauen Klaus ist eine 20-Megapixel-Kamera mit Global Shutter, die mit ständig wechselnden Lichtverhältnissen zurechtkommen muss. Dass die Sensoren im Markt weitgehend baugleich sind, ist kein Widerspruch, sondern das eigentliche Argument: "Generell nutzen alle Hersteller die gleichen Sensoren, aber TIS versteht sich hervorragend in technischem Support, Software und SDK. Konkret heißt es, dass TIS das Zusammenspiel aus GenTL Producer, seinem SDK Imaging Control 4 und der Kamera perfekt versteht", sagt Andreas Kolb, Head of Sales bei The Imaging Source.

Entscheidend ist außerdem, dass Kamera und Objektiv exakt aufeinander abgestimmt sind. Im Projektverlauf zeigte sich der Bedarf an einem flexiblen Sichtfeld und variablen Abständen. "Diese erfüllt die Zoom-Kamera von TIS perfekt, da diese über ein integriertes Objektiv mit 20-fachem optischem Zoom, Autofokus und Autoiris verfügt und damit allein im Markt ist", so Kolb. Die technische Abstimmung zwischen Kamera-Hardware, Optik und der Software-Pipeline ist eng: Man spricht sich intensiv zum Potenzial der Kameras und zu Embedded-Vision-Systemen im Sinne des Smart-Kamera-Gedankens ab. "Problemlösungskompetenz seitens TIS mit MVTec und hohe technische Kompetenz zu Halcon helfen bei gemeinsamen Entwicklungen", erklärt Mahanty. Optimum nutzt dabei verstärkt die Bildaufbereitungskompetenz des Partners, der zugleich Value-Added-Reseller von MVTec ist.

Was produzierende Unternehmen heute umtreibt

Die Fragestellungen, mit denen produzierende Unternehmen auf Optimum zukommen, lassen sich auf einige Kernthemen verdichten: kleine Losgrößen bei hoher Variantenvielfalt ("Low Volume - High Mix"), Fachkräftemangel und die Digitalisierung des manuellen Shopfloors - inklusive Rückverfolgbarkeit auf Chargenebene sowie digitalem Zwilling und digitalem Schatten als Abbild des Prozesses. Der Nutzen des Systems wird hier greifbar: "Indem ich einen Prozess zwangsführe und anleite, kann nur noch 100 Prozent Qualität herauskommen", beschreibt Mahanty den Ansatz. Der große Vorteil sei, dass sich Arbeitsanweisungen bereits automatisiert an den Platz schicken lassen, jedes Produkt injeder Variante dokumentiert gefertigt und in Echtzeit automatisiert zurückgebucht wird. "Damit ist 100 Prozent Rückverfolgbarkeit per Bild möglich und eine Betriebsdatenerfassung (BDE) in der manuellen Fertigung; eine Produktivitätssteigerung von typisch 20 prozent wird erreicht", ergänzt Mahanty.

Die Anforderungen unterscheiden sich dabei von Branche zu Branche - etwa in der Objektgröße mit Unterschieden von bis zu 0,3 Millimetern, in der Art der Bauteile und in der Innovationskraft des jeweiligen Felds. Hier spielt die Zoom-Kamera in Kombination mit der Pan-Tilt-Funktion des Schlauen Klaus ihre Stärke aus. Möglich ist auch der Einbau mehrerer Kameras: Bei einem Zulieferer eines großen Premiumherstellers prüfen und dokumentieren acht Kameras 45 Merkmale an einem Kotflügel in Sekunden.

Integration: Vertrauen als härteste Anforderung

Damit ein Assistenzsystem in eine bestehende Fertigungslinie passt, muss es unterschiedliche Komplexitätsgrade abbilden. Gefragt sind Schnittstellen zu ERP und MES ebenso wie Anbindungen über I/O, SPS, JSON, MQTT und OPC UA an verschiedene Aktoren - vom Schrauber über Halter und Fixierer bis zum Cobot. Zwischen parametergenauer, zuverlässiger Einstellung und KI verläuft dabei eine wichtige Linie: "Großes Unterscheidungsmerkmal ist die Zuverlässigkeit, weil am Ende muss der Werker und Kunde dem Assistenzsystem vertrauen können", sagt Kolb - einer möglichen KI-Halluzination werde bewusst vorgebeugt.

Unternehmen, die den Einstieg in die kamerabasierte Werkerassistenz erwägen, rät Optimum-Geschäftsführer Mahanty vor allem zu Sorgfalt bei der Werkzeugauswahl: "Dass Sie ein Tool finden, das die Komplexität Ihrer Fertigung abbildet." Viele Kunden hätten bei früheren Vision-Projekten schlechte Erfahrungen gemacht, weshalb eine gründliche Projektplanung - etwa mit Blick auf Lichtsituation, Vibrationen und Fertigungstoleranzen - nötig sei. Toleranzen ließen sich in der Einstellung des Systems berücksichtigen und würden durch den Schlauen Klaus überhaupt erst sichtbar. Wichtig seien adaptierbare und flexible Möglichkeiten, den Kunden in allen Bereichen zu unterstützen - vom Einlernen über die Bedienung bis zu Inbetriebnahme und Prozessunterstützung. Und schließlich sollten Unternehmen die neu gewonnenen Prozessdaten nutzen, um daraus einen eigenen kontinuierlichen Verbesserungsprozess (KVP) für ihre manuelle Fertigung aufzusetzen.

Vom Demovideo bis zur Serienbetreuung

Ein typisches Projekt folgt einem klaren Ablauf: Auf die Anfrage folgen die Prüfung der Machbarkeit und deren Nachweis mit einem Demovideo. Anschließend klärt ein Besuch bei Optimum die technischen Rahmenbedingungen, bevor die verschiedenen Kauf- und Mietmodelle inklusive Schulung und Inbetriebnahme beim Kunden vorgestellt werden. Den Abschluss bildet die Betreuung des Produktionsanlaufs - vor Ort und online. Für die Anwender bietet Optimum Schnittstellen für MES und ERP, etwa zu SAP und ITAC, und arbeitet dabei eng mit den Kunden zusammen. Die Integrationsaufwände fallen von Fall zu Fall unterschiedlich aus; unterstützt wird das Projekt bei Bedarf durch Partner im Sondermaschinenbau und in der Arbeitsplatzergonomie, etwa mit Cardboard Engineering, 3D-Planungstools und der Integration von Cobots und Robotern.

Ausblick: Das Produkt sucht sich seinen Weg

Weitere gemeinsame Entwicklungsschritte sind geplant - vertrieblich wie technologisch, wobei Embedded Vision eine maßgebliche Rolle spielen wird. Wie in einer guten Partnerschaft üblich, profitiere man vom Know-how des jeweils anderen. Der Blick nach vorn fällt eindeutig aus: Die Fertigung der Zukunft sei digital und teilautomatisiert, getrieben sowohl durch Daten als auch durch Produktionstechnik. Das Produkt suche sich künftig seinen Weg durch die Fertigung; der digitale Zwilling befähige es, seinen eigenen optimalen Produktionsweg selbst zu definieren.

Der Schlaue Klaus ist ein kamerabasiertes Werkerassistenzsystem für die manuelle Fertigung. Es führt Mitarbeitende mit digitalen Arbeitsanweisungen Schritt für Schritt durch den Prozess und prüft per Kamera in Echtzeit, ob jeder Handgriff korrekt ausgeführt wurde. So lassen sich Fehler sofort korrigieren, bevor sie in nachgelagerte Prozesse gelangen.

Die Auswertung kombiniert deterministische Algorithmen mit KI, die Führung erfolgt audiovisuell und sprachunabhängig, teils per AR-Projektion. Als Standardkamera dient eine 20-Megapixel-Kamera mit Global Shutter von The Imaging Source.

Das modulare System deckt die gesamte Wertschöpfungskette ab - von der Wareneingangskontrolle über Identifikation, THT-Bestückung und Montage bis zur optischen Inspektion. Das ermöglicht eine lückenlose Rückverfolgbarkeit sowie eine automatische Betriebsdatenerfassung (OEE).

Erstveröffentlichung: Dieser Beitrag erschien ursprünglich in inspect - WORLD OF VISION, Ausgabe 4/26. Originalbeitrag lesen.