Auslesen eines sicherheitsrelevanten Prüfzeichens mittels
digitaler Bildverarbeitung und Einbindung in die Fertigung

von: Matthias Pelzer

Inhaltsverzeichnis

1 Vorwort 5

2 Einleitung 6

3 Kontrolle des Prüfzeichens „2“ 7

3.1 Bisherige Prüfung / 4 – Augen – Prinzip 7
3.2 Risiken der Prüfmethode 9
3.3 Praktische Notwendigkeit der Einführung eines neuen Prüfsystems 10
3.4 Kontrolle mittels digitaler Bildverarbeitung 11
3.5 Lohnrationalisierung bei der Prüfung mittels digitaler Bildverarbeitung 13
3.6 Zusammenfassende Darstellung der zwei Prüfmethoden 13

4 Digitale Bildverarbeitung und Bildverarbeitungssysteme 14

4.1 Möglichkeiten und Grenzen 14
4.2 Typen von Sichtprüfanlagen 15

4.2.1 Einteilung nach dem Prüfziel 15

4.3 Aufbau von Bildverarbeitungssystemen 15

4.3.1 Hardwareaufbau 15

4.3.1.1 Sensoren 16
4.3.1.2 Rechner 16
4.3.1.3 Kommunikationseinheit 16

4.3.2 Signalfluss in der Prozessumgebung 17
4.3.3 Signalfluss innerhalb des Bildverarbeitungssystems 17

5 Bildverarbeitungssystem NeuroCheck 18

5.1 Was ist NeuroCheck? 18
5.2 Vorgehensmodell zur Realisierung der Prüfaufgabe mit Neurocheck 18
5.3 Versuche mit NeuroCheck 20

5.3.1 Kontrolle des Prüfzeichens mit geometrischen Vergleichsgrößen 20

5.3.1.1 Aufbau des Prüfprogramms 20
5.3.1.2 Aufgetretene Probleme 21

5.3.2 Kontrolle des Prüfzeichens mittels Template Matching 22

5.3.2.1 Aufbau des Prüfprogramms 22
5.3.2.2 Aufgetretene Probleme 22
5.3.2.3 Querschnitt Template Matching 23

6 Einbindung der Prüfung in die Fertigung 26

6.1 Aufbau der Sichtprüfanlage 26

6.1.1 Sensoren 26
6.1.2 Rechner 26
6.1.3 Kommunikationseinheit 26
6.1.4 Sonderzubehör 27

6.2 Schematischer Signalfluss in der Prozessumgebung 29
6.3 Probleme und Lösungen der Signalübertragung 31

7 Zusammenfassung und Ableitung weiterer Aufgaben 33

8 Anlagen 34

1 Vorwort

Mit Hilfe dieses praktischen Studiensemesters soll es gelingen erste Eindrücke zu gewinnen, wie Ingenieure ihr Fachwissen in vorgegebenen Praxissituationen einsetzen, um in Unternehmen vielseitige Aufgaben zu lösen. Das praktische Studiensemesters dient auch dem Ziel, dem Studenten betriebliche Zusammenhänge zu vermitteln, wie Arbeitsabläufe, Materialfluss, Maschineneinsatz und Anleitung im Arbeitsprozess, sowie dem Kennenlernen von Aufgaben in der Projektierung. In diesem Praktikum besteht die Möglichkeit erste Einblicke in die Fertigungsvorbereitung, Fertigungsausführung und Fertigungsbetreuung zu nehmen. Robert Bosch Elektrowerkzeuge GmbH in Sebnitz (Abb. 1) wurde am 01. Oktober 1990 gegründet. Heute liefert der sächsische Standort an einem Arbeitstag etwa 10000 Geräte für Handwerker und Heimwerker an Händler in aller Welt. Montiert werden unter anderem leichte Bohrhämmer, Winkelschleifer, Kreissägen und Leisehäcksler. Mitte 1997 lief das zehnmillionste Bosch-Elektrowerkzeug „Made in Sebnitz“ vom Band. Beschäftigt werden derzeit rund 400 Mitarbeiter, davon sind mehr als ein Drittel Frauen. Jährlich beginnen 10 junge Leute in der eigenen Lehrwerkstatt ihre Ausbildung zum Industriemechaniker, Fachrichtung Geräte- und Feinwerktechnik.

Abb. 1: RB Elektrowerkzeuge GmbH Sebnitz [Abbildung in der Downloaddatei vorhanden]

2 Einleitung

In diesem Praktikum bestand die Möglichkeit an einem Projekt zum Auslesen eines sicherheitsrelevanten Prüfzeichen zu arbeiten. Dieses Prüfzeichen wird nach erfolgreicher Kontrolle aller notwendigen physikalischen Grenzwerte (Leerlaufstrom, Anlaufstrom u. a.) auf den Spannhals der Maschine mittels eines Stempels eingeprägt (Abb. 2). Abb. 2: Spannhals mit Prüfzeichen „2“ Diese Prägung zeigt dem Kunden nicht nur, dass er sicher mit der Maschine arbeiten kann, sondern auch, dass alle Qualitätsmerkmale (z. B. Störspannung bei 350 kHz) eingehalten werden. Sollte das Prüfzeichen fehlen und die Maschine kommt in den Handel ist das ein sogenannter K-Fehler (kritischer Fehler) und führt zu einer weltweiten Rückholaktion. Um so eine Situation zu verhindern, muss die Kontrolle sicher und zuverlässig funktionieren. Das Ziel bestand daher darin, die Zuverlässigkeit der Kontrolle des Prüfzeichens zu erhöhen. Dies sollte mit einem digitalen Bildverarbeitungssystem geschehen. Meine Aufgabe war, mich mit digitaler Bildverarbeitung vertraut zu machen, ein funktionierendes Prüfprogramm zu schreiben und das System in die Prüfanlage zu integrieren.

3 Kontrolle des Prüfzeichens „2“

3.1 Bisherige Prüfung / 4-Augen-Prinzip

Nachdem die Maschine alle Kontrollen der Teamtec - Prüfanlage absolviert hat, wird bei Erfolg das Prüfzeichen „2“ mit einem Stempel auf den Spannhals eingeprägt. Diesen Werkzeugträgern wird eine „in Ordnung“ – Kodierung zugeteilt, die an allen Kreuzungen abgefragt wird. Diese Werkzeugträger werden auf die 3 Abnehmerplätze entsprechend der Kodierung verteilt. Der Abnehmer kontrolliert das Prüfzeichen, überprüft das Gehäuse auf Kratzer, legt die Maschine auf den Rundpuffer und gibt sie damit zum Verpacken frei. Der Mitarbeiter in der Verpackung überprüft auch noch einmal das Vorhandensein des Prüfzeichens und verpackt die Maschine daraufhin. Bei nichtbestandenen Prüfungen bekommt die Maschine das Prüfzeichen „2“ nicht eingeprägt und der Werkzeugträger erhält die „nicht in Ordnung“ – Kodierung. Dieser Werkzeugträger kommt sofort zum Reparaturplatz. Das 4-Augen-Prinzip wurde für den kritischen Fall, dass zwar alle Prüfungen bestanden wurden, aber die Stempelanlage einen Fehler aufweist, eingeführt. Wenn das passiert, würde der Abnehmer den Fehler bemerken und den Werkzeugträger entsprechend kodiert an den Reparaturplatz weiterleiten.

Abb. 3: Schematischer Ablauf des 4-Augen-Prinzips [Abbildung in der Downloaddatei vorhanden]

3.2 Risiken der Prüfmethode

Menschen können im allgemeinen Schriftzeichen fehlerfrei erkennen, bei entsprechender Übung auch schwer leserliche Handschriften. Man kann daher durchaus, bei entsprechender Konzentration, von einer hundertprozentigen Trefferquote sprechen. Über einen ganzen Arbeitstag hinweg ist diese Leistung jedoch keineswegs aufrecht zuhalten. Obwohl gedruckte oder geprägte Schriftzeichen prinzipiell leichter zu lesen sind als Handschriften, kann man davon ausgehen, dass die Fehlerquote bei derartigen Sichtprüfungen in der Industrie eher noch höher liegen wird, da die Arbeit sehr monoton abläuft und daher die Konzentration stärker nachlässt. Auch wird bei der Zuverlässigkeit des menschlichen visuellen Systems immer von Menschen auf dem Gipfel ihrer Leistungsfähigkeit ausgegangen. Da aber auch Menschen mit Sehstörungen die Sichtprüfung vornehmen können, kann man davon ausgehen, dass die Fehlerquote sich wiederum erhöht. Bei meinen Recherchen habe ich weiterhin festgestellt, dass gerade bei hellen Gehäusen die Einprägung sehr schwer zu erkennen (Abb. 4) ist und ich mir nicht vorstellen kann, dass bei dem Tempo in der Verpackung sich die Zeit genommen wird, das Prüfzeichen zu kontrollieren.

Abb. 4: Gehäuse silbern [Abbildung in der Downloaddatei vorhanden]

Im allgemeinen kann man sagen, dass menschliche visuelle Prüfung nur unter Idealbedingungen eine konstante, zuverlässige Prüfung sein kann. Viel zu viele Unsicherheiten und menschliche Schwächen führen zu einer viel zu hohen Fehlerquote. Das Ziel einer Prüfung muss eine hundertprozentige Trefferquote mit konstanten, objektiven Ergebnissen sein. Dies ist mit menschlicher visueller Prüfung nicht zu erreichen.

3.3 Praktische Notwendigkeit der Einführung eines neuen Prüfsystems

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