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

Inhaltsverzeichnis

1 Vorwort

2 Einleitung

3 Kontrolle des Prüfzeichens „2“
3.1 Bisherige Prüfung / 4 - Augen - Prinzip
3.2 Risiken der Prüfmethode
3.3 Praktische Notwendigkeit der Einführung eines neuen Prüfsystems
3.4 Kontrolle mittels digitaler Bildverarbeitung
3.5 Lohnrationalisierung bei der Prüfung mittels digitaler Bildverarbeitung
3.6 Zusammenfassende Darstellung der zwei Prüfmethoden

4 Digitale Bildverarbeitung und Bildverarbeitungssysteme
4.1 Möglichkeiten und Grenzen
4.2 Typen von Sichtprüfanlagen
4.2.1 Einteilung nach dem Prüfziel
4.3 Aufbau von Bildverarbeitungssystemen
4.3.1 Hardwareaufbau
4.3.1.1 Sensoren
4.3.1.2 Rechner
4.3.1.3 Kommunikationseinheit
4.3.2 Signalfluss in der Prozessumgebung
4.3.3 Signalfluss innerhalb des Bildverarbeitungssystems

5 Bildverarbeitungssystem NeuroCheck
5.1 Was ist NeuroCheck?
5.2 Vorgehensmodell zur Realisierung der Prüfaufgabe mit Neurocheck
5.3 Versuche mit NeuroCheck
5.3.1 Kontrolle des Prüfzeichens mit geometrischen Vergleichsgrößen
5.3.1.1 Aufbau des Prüfprogramms
5.3.1.2 Aufgetretene Probleme
5.3.2 Kontrolle des Prüfzeichens mittels Template Matching
5.3.2.1 Aufbau des Prüfprogramms
5.3.2.2 Aufgetretene Probleme
5.3.2.3 Querschnitt Template Matching

6 Einbindung der Prüfung in die Fertigung
6.1 Aufbau der Sichtprüfanlage
6.1.1 Sensoren
6.1.2 Rechner
6.1.3 Kommunikationseinheit
6.1.4 Sonderzubehör
6.2 Schematischer Signalfluss in der Prozessumgebung
6.3 Probleme und Lösungen der Signalübertragung

7 Zusammenfassung und Ableitung weiterer Aufgaben

8 Anlagen

Danksagung

Herrn Orrico möchte ich dafür danken, dass er mir die Möglichkeit gab, mein Praktikum bei Robert Bosch Sebnitz GmbH zu absolvieren.

Weiterhin gilt mein besonderer Dank den Planern der Abteilung FVA2 Herrn Storm, Herrn Mutze und Herrn Skrabalek für die gute Betreuung, sowie die zahlreichen wertvollen Hinweise und Ratschläge während meines Praktikums.

Außerdem bin ich ebenfalls dem gesamten Fertigungspersonal zu Dank verpflichtet, welche mir immer mit hilfreichen Ratschlägen und Hinweisen zur Seite standen.

Bad Schandau, im Februar 2003 Matthias Pelzer

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.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: RB Elektrowerkzeuge GmbH Sebnitz

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).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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

Ablauf der Prüfmethode: (Abb. 3)

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.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Schematischer Ablauf des 4-Augen-Prinzips

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.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4: Gehäuse silbern

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

Die Einführung einer neuen Bohrhammergeneration hat dazu geführt, dass die Position des Prüfstempels „2“ von der Öse am Handgriff auf den Spannhals verlegt worden ist (Abb. 5). Vorher war die Ösenform flach und man konnte das Prüfzeichen gut einprägen. Der neue Bohrhammer hat eine eher runde Ösenform und damit ist die Prägung an der Stelle nicht mehr möglich. Der Spannhals als Prägestelle wurde gewählt, weil er bei allen Bohrhammertypen die gleiche Form hat. Der Montageverlauf einiger Packvarianten beinhaltet die Möglichkeit, dass der Abnehmer den Zusatzhandgriff auf den Spannhals montiert und nicht wie sonst der Montageschritt in der Verpackung erledigt wird. Damit wird aber das Prüfzeichen vom Zusatzhandgriff abgedeckt und der Mitarbeiter in der Verpackung ist nicht in der Lage, es zu kontrollieren.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 5: Position des Prüfzeichens

3.4 Prüfung mittels digitaler Bildverarbeitung

Ziel:

Das Ziel des neuen Prüfsystems muss es sein, die Risiken des 4-Augen-Prinzips zu beseitigen und eine konstante, zuverlässige Kontrolle zu erreichen.

Die Prüfung mittels digitaler Bildverarbeitung soll verhindern, dass als „gut“ geprüfte Maschinen, die durch eine defekte Prägevorrichtung nicht gekennzeichnet werden können, ungehindert in den Handel kommen.

Im Folgenden wird die Sichtprüfanlage als autarkes System betrachtet, also ohne Signalvergleich mit dem Teamtec - Prüfsystem, damit die Hauptfunktion, die Kontrolle des Prüfzeichens „2“ verdeutlicht wird. Das Startsignal ist das „in Ordnung“ - Signal der Prägevorrichtung. Im Kapitel 6 wird dann die Integration der Sichtprüfanlage und die damit verbundenen Möglichkeiten zur Kontrolle dargestellt.

Ablauf der Prüfmethode: (Abb. 6)

2 Fälle sind möglich, die die Prüfung abdecken muss.

Der 1. Fall ist der Normalfall, d.h. die Prägevorrichtung funktioniert. Der Werkzeugträger fährt auf einen Stopper mit Leseeinheit auf, der ein Signal zur Bildaufnahme gibt. Das Prüfprogramm läuft ab und das Prüfzeichen wird erkannt. Danach wird der Stopper entriegelt und der Werkzeugträger wird auf einen der drei Abnehmerplätze verteilt. Beim 2. Fall, wenn die Prägevorrichtung nicht funktioniert, bleibt der Stopper verriegelt und es leuchtet eine rote Warnlampe. Der Fertigungsverantwortliche geht an den Prüfplatz, kontrolliert das Ergebnis des Prüfprogramms und kennzeichnet den Werkzeugträger mit einer roten Klammer. Danach gibt er ihn zum Abnehmer. Dieser gibt den Werkzeugträger mit der entsprechenden Kodierung zum Reparaturplatz frei.

In der Erprobungsphase wird der Abnehmer das Prüfzeichen weiterhin kontrollieren, damit die Zuverlässigkeit des neuen Prüfsystems erfasst wird. Die Sichtkontrolle am Verpackplatz ist nicht mehr notwendig. Wenn sich das System über einen längeren Zeitraum als sicher erwiesen hat, kann die Sichtprüfung am Abnehmerplatz auch wegfallen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 6: Schematischer Ablauf der Prüfung mittels digitaler Bildverarbeitung

3.5 Lohnrationalisierung bei der Prüfung mittels digitaler Bildverarbeitung

Kostenersparnis bei Wegfall einer Sichtprüfung

Jahresproduktion: 895.000 Maschinen

Normzeit für Sichtkontrolle Prüfzeichen: 2 min für 100 Stück

- Zeiteinsparung pro Jahr: 17900 min

- Kosten einer Arbeitsminute: 0,3478 Euro

-Kostenersparnis pro Jahr: 17900 min * 0,3478 Euro = 6225,62 Euro

3.6 Zusammenfassende Darstellung der zwei Prüfmethoden

Vorteile der Prüfmethode:

menschliche Sichtprüfung

1. Umgebungsbedingungen sind nicht entscheidend

2. keine technische Ausrüstung notwendig

Prüfung mittels digitaler Bildverarbeitung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Nachteile der Prüfmethode:

[...]