Künstliche Intelligenz bei Nestlé: Innovative Prozesskontrolle mit Deep Learning

10.05.2022

GO BEYOND. DISCOVERY #20.

Künstliche Intelligenz mit Deep-Learning-Software von SICK: Im Nestlé-Produktionsstandort Osthofen erkennt eine 2D Snapshot-Kamera zusammen mit dem integrierten SICK Softwarepaket „dStudio“ transparente Objekte in jeglichen Positionen. Und das System lernt permanent dazu.

Für Menschen mit besonderen Ernährungsbedürfnissen bietet der weltgrößte Nahrungsmittelkonzern Nestlé im Unternehmensbereich „Health Science“ spezielle Produkte an. Zum Beispiel Trink- und Aufbaunahrung, die im rheinhessischen Werk Osthofen hergestellt wird.

Die hier unter modernsten Bedingungen hergestellten Pulver landen zum Ende des Herstellungsprozesses automatisiert in speziellen Dosen. Vor der Befüllung der Behälter kommt jeweils ein Dosierlöffel für eine einfache und genaue Portionierung dazu. Im Zuge der Qualitätskontrolle wird jede einzelne Dose geprüft, ob tatsächlich ein Löffel appliziert wurde.

„Das menschliche Auge kann zwar leicht erkennen, ob ein Löffel beigefügt wurde“, so Marcus Kauf, Automatisierungstechniker bei Nestlé, „aber bei einer Abfüllgeschwindigkeit von über 80 Dosen pro Minute ist das nicht mehr fehlerfrei möglich.“

 

„Löffelkontrolle“: eine echte Herausforderung

Deshalb kontrollierte eine hierzu installierte Kamera die Applizierungen, indem sie die farbigen Pixel des Kunststofflöffels zählte. Seit Kurzem verwendet Nestlé jedoch farblose Portionierer, um die Recyclingquote zu steigern. So liegen nun gräulich schimmernde, transparente Löffel auf Aluminium mit ähnlichem Farbton auf der Verschlusslasche ... oder etwa doch nicht immer? Schwer zu identifizieren auf dem welligen, geprägten und reflektierenden Metall – die klassische Lösung mit sensorischer Bildverarbeitung stieß an ihre Grenzen. 

Die Kamera prüft schnell und zuverlässig für jede Packung, ob der Löffel tatsächlich zur Portionierung beiliegt oder nicht – bei einer Fehlerquote, die gegen Null tendiert.
Die Kamera prüft schnell und zuverlässig für jede Packung, ob der Löffel tatsächlich zur Portionierung beiliegt oder nicht – bei einer Fehlerquote, die gegen Null tendiert.

dStudio: eine innovative Art der Bildverarbeitung

Hier kamen Technologien und Wissen von SICK ins Spiel. Das Stichwort lautete dabei „Künstliche Intelligenz (KI)“. KI erkennt sehr schnell und zuverlässig permanent neue Muster, indem sie eine Vielzahl von Daten sammelt, welche direkt in Algorithmen interpretiert werden. Theoretisch gesagt, definieren Algorithmen klare Vorgehensweisen, um bestimmte Aufgaben zu lösen.

In der Praxis lernt eine 2D-Snapshot-Kamera (picoCam) von SICK mit der integrierten Deep-Learning-Software “dStudio” aus der SICK AppSpace das „Denken“. Mit diesem Webdienst können neuronale Netzwerke “antrainiert” werden, in diesem Fall mit Bildern der beigelegten Löffel in unterschiedlichsten Positionen. So wie Menschen im Idealfall Probleme lösen und Entscheidungen treffen, so macht es auch Deep Learning – nur um ein Vielfaches schneller.

Kameratechnik lernt über Bildunterschiede täglich dazu

Der zuständige Experte bei SICK ist Klaus Keitel. Der National Account Manager für strategische Kunden erklärt: „Der gelernte Entscheidungsalgorithmus wird in das Kamera-System übertragen. Es wird dadurch in die Lage versetzt, selbstständig die wesentlichen Bildunterschiede zu erkennen.“ Die Kamera lässt sich auch problemlos auf jedes neue Produkt anpassen, indem für die neuen Gegebenheiten wiederum ein neuronales Netz trainiert wird. Die intuitive Benutzeroberfläche verlangt darüber hinaus kein spezielles KI-Wissen oder bildverarbeitende Kenntnisse seitens des Anwenders.

Inspektion am Fließband

So prüft die Kamera schnell und zuverlässig für jede Packung, ob der Löffel tatsächlich zur Portionierung beiliegt oder nicht – bei einer Fehlerquote, die gegen Null tendiert. Was aber, wenn die Kamera das Bild „Kein Löffel“ feststellt? Dann stoppt die Anlage automatisch. Wurde der fehlende Löffel hinzugefügt, erkennt die Kamerasoftware auch dies, um die Anlage – ohne den Umweg eines manuellen Re-Starts – weiterlaufen zu lassen.

 

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Problemlose Kooperation der Beteiligten

Die Zusammenarbeit zwischen SICK und Nestlé lief laut Klaus Keitel reibungslos: „Wir haben sowohl bei uns im Labor als auch vor Ort Tests gemacht. So konnten wir vorab schon mit dem Kunden klären, wie sicher wir mit dieser Lösung aufgestellt sind.“ Nestlé erreichte durch diese intelligente Art der Automatisierung eine äußerst hohe Zuverlässigkeit bei der Applizierung der Portionierungslöffel. Und dies bei einfacher Umsetzung, flexibel und erweiterbar in den Nutzungsoptionen. Für SICK werden deshalb im Bereich Bildverarbeitung mit KI weitere Applikationen in den Fokus rücken.

 

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