モジュール化による製造プロセスの最適化

June, 29, 2023, Dresden--スピード、精度、柔軟性の改善、生産最適化であらゆる可能なチャンスを活用することが重要である。この目的のためにFraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWSの研究者は、SURFinproを開発した。
これは、人工知能と光計測技術を利用して、リアルタイムで欠陥を検出、分類、可視化し、それらを生産を実行しているプラントにレポートする。
同システムは、Laser World of Photonicsで紹介される予定。

超軽量、超薄、比類なく高信頼、迅速製造速度に達するまでの間ずっと、Dr. Christopher Taudtと同氏のチームは、このような製品の将来性が確実に現実になるようにする。
同氏は、光学計測と表面技術(Zwickau-based Fraunhofer Application Center for Optical Metrology and Surface Technologies) AZOM 、Surface Metrologyのグループマネージャ。同時に研究者は、表面欠陥、アーチファクト、模様の変化を検出し、人工知能のサポートにより、それらを評価するシステムを開発した。

このプロセスは、迅速かつ高分解能で表面の3D情報を取得することができる。計測データを使って、進行中の製造プロセスのためにインライン補完情報を生成する。「同システムは､単に欠陥を検出するだけではない、同時にそれらを分類し、幅広いコンテクストを即時に確立する。顧客は、多くの他のパラメタとともに、欠陥の密度、形状寸法、頻度などとともに、欠陥のタイプについての情報を受け取る。これは、従来システムと比較して大きな付加価値となる」とTaudtは、コメントしている。

より高速の高精度
計測システムは、一年以上、産業で稼働に成功し、70㎝基板幅でロールツーロールプロセスを分析した。最適化のためのさらなる可能性を活用するためにChristopher Taudt とSURFinproチームは、欠陥カタログを使い進行中の製造内でシステムをトレーニングしている。欠陥が報告されると、それらはニューラルネットワークに入力され、これにより検出精度を改善する。研究チームは、新しい欠陥が起こっているか、既存の欠陥が修正されているかどうかをチェックするために計測情報を利用する。これは、システムの動的応答を必要とする。「一方で、われわれは、必要なデータ量が少ない、改善されたニューラルネットワークの開発に取り組んでいる。加えて、われわれは、現行の動作中に新しいトレーニング戦略も開発している」と研究チームは説明している。

Fraunhofer AZOMの専門家は現在、その技術を、継続的な線維複合材製造プロセスなどの新しい分野のアプリケーションに適用しようとしている。「ここでは、われわれのパートナーは、表面付近の欠陥回避に関心を持つと共に、同技術が多次元でコンポーネントを特定、評価できることを望んでいる」(Taudt)。チームが、アルゴリズム、欠陥分類システムを考えている別のターゲットグループは､半導体産業。例えば、柔軟な半導体材料の製造である。

現在、Fraunhofer AZOMソリューションは、最大4台のカメラを使用している。次のステップでは、研究者は、さらにカメラシステムを追加することを考えている。これは、評価中のプロセスに関係なくメリットがある。非常に大きなコンポーネントに関わる線維複合プロセスから従来のロール･ツー･ロールプロセス、例えば、PV産業で使用されるようなプロセスまでである。

研究者にとってもうひとつの重要な側面は、システムスピードである。特に、ファイバ強化プラスチックには、テクスタイル加工だけでなく、取り分け素早い、非常に短い時間が必要である。「増速は需要な問題である。われわれには、こうした要件に応える専門家がいる。われわれのソリューションは、先ず実際に分析でマシンラーニングと人工知能技術を使うが、評価ステップを加速するためでもある。効果的な計測分析プロセスは、データをフィルタリングし、管理できる数の個別のステップで構成されるようにデータを減らす。われわれは、この領域で継続的に新技術を開発している。このプロセスをより高速にし、例えば、より少ないデータから同じ量の情報を引き出すためである」。

インテリジェントで巧妙なモジュール
研究チームは、そのシステムのキーとなる特性の一つは、モジュール化であると考えている。効率的なコンポーネントを使った高度なモジュール化アプローチにより、SURFinoproは、幅広い範囲の導入可能性を提供しており、適用は容易である。「われわれのシステムで使用する多くの技術は、スタンドアロンコンポーネントとして開発された。それらが、様々な他のコンテクスト、プロジェクトでも導入できるようにである」。Fraunhofer AZOM研究者のプロジェクトは、このモジュラーアプローチがいかに成功し、実用的であるかの典型例である。