Hat es wirklich „Klick“ gemacht? Steckverbinder: Berührungslose akustische Prozessüberwachung

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Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT

Das richtige Einrasten von Steckverbindungen in der Produktion überwachen? Geht. Ein akustisches Sensor-System für das Inline-Monitoring analysiert das Klick-Geräusch, das beim Stecken entsteht. Rastet die Verbindung nicht ein, gibt es Alarm. Wir erklären, wie es funktioniert.

In der modernen Industrieproduktion, insbesondere im Automobilbau, werden viele Einzelkomponenten nicht mehr geschraubt, geklebt oder geschweißt, sondern zusammengesteckt.

In der Produktion 4.0 wird somit das zuverlässige und automatisch dokumentierte Einrasten von Steckverbindungen immer wichtiger. Denn die Fehlermeldung im PKW oder an der Waschmaschine ist „vorprogrammiert“, wenn der Steckverbinder ab Werk nicht richtig sitzt, also nicht mit dem typischen „Klick“ der Rastnase die Verbindung schließt. Oft sind hohe Kosten für die Logistik und aufwändige Nacharbeiten die Folge.

Sind alle Stecksysteme korrekt gesteckt?

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Eine Möglichkeit, zu überprüfen, ob Stecksysteme korrekt gesteckt sind, haben Forschende vom Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie des Fraunhofer-Instituts IDMT in Oldenburg auf der Hannover Messe vorgestellt. Das kontaktlos arbeitende Prüfsystem detektiert anhand des Geräuschs, das bei jedem Steckvorgang entsteht, ob Teile korrekt verbunden sind.

Der „Klick-Erkenner“ – ein akustisches Sensor-System für das In-Line-Monitoring in der Montage – kann sowohl mobil, zum Beispiel am Werkenden, als auch stationär an der Arbeitsstation oder am Roboterarm inte­griert werden. Nebenbei leistet das IDMT damit einen konkreten Beitrag zur KI-Unterstützung des Shopfloor-Managements auf Grundlage automatisierter Datenaufbereitung.

So funktioniert das akustische Sensorsystem

Zunächst erfassen Mikrofone das Geräusch, dann wird es von Algorithmen analysiert. Anschließend gibt das System eine positive Rückmeldung oder es sendet eine Warnung, wenn es einmal nicht richtig „Klick gemacht hat“. Davon profitieren Mitarbeitende sowie automatisierte Roboter-Systeme.

Das Feedback an einen Menschen erfolgt akustisch, optisch oder auch taktil, zum Beispiel über Vibration. Ein Roboter bekommt die notwendige Information direkt aus dem Sensorsystem.

Rückläufer sind passé

„Mit dieser Technologie rücken wir einem Problem bei der Montage von Automobilen zu Leibe“, sagt Danilo Hollosi, Gruppenleiter Akustische Ereignisdetektion. „Automobile haben in der Regel mehrere Hundert Steckverbindungen. Wenn bei der Fertigung eine einzige dieser Verbindungen nicht richtig einrastet und der Fehler erst nach der Auslieferung des Autos beim Kunden bemerkt wird, dann muss der Wagen zur Nachbesserung zurück. Bei den niedrigen Margen in der Massenproduktion wird das zum ernsthaften Problem.“ Hier schaffe laut Hollosi das audiobasierte Monitoring Abhilfe.

Innovative Akustikverfahren mit Künstlicher Intelligenz

Herzstück der Audiotechnologie sind ausgetüftelte Algorithmen, die auch in der lauten und dynamischen Umgebung einer Fabrikhalle einzelne Klicks isolieren und analysieren können.

Die richtige Analyse der Einrastgeräusche der Steckverbinder war für die Forschenden eine echte Herausforderung. Schließlich klingen die Klick-Geräusche oft sehr ähnlich. „Wir arbeiten seit vielen Jahren an Akustikverfahren im Bereich der Geräuscherkennung und -analyse. Unser System kann heute sehr nahe beieinander liegende akustische Signale zuverlässig auseinanderhalten und untersuchen“, erläutert Hollosi.

Die Experten aus Oldenburg haben dafür auch die Störgeräuschreduktion weiterentwickelt, um Umgebungsgeräusche wirksam auszublenden – ohne die Signalqualität des Klick-Geräusches zu beeinträchtigen. Bei Bedarf können weitere Sensoren für eine noch robustere Detektion eingesetzt werden.

Maßgeschneidertes Audio-Monitoring für die Industrie

Die Prüftechnik lässt sich in der Produktion auf verschiedene Weise installieren. Zum einen kann sie Bestandteil der Sensorik in der automatisierten Fabrik sein, zum Beispiel am Arm eines Roboters. Zum anderen könnte eine kompakte Hardware-Box mit Mikrofon und integriertem Mini-PC zur Verarbeitung der Audiodaten an der jeweiligen Arbeitsstation platziert werden. Das Mikrofon lässt sich aber auch in einem Arbeitshandschuh der Werkerin oder des Werkers integrieren. Sogar die Kombination mit einer speziellen Smartwatch sei machbar, erklärt Hollosi.