Prüf- und Messtechnik | Gansler Engineering

Qualitätsprüfung Fortsetzung

Im letzten Beitrag habe ich die Qualitätsregelkarte vorgestellt, welche sehr schön die Prüfdaten visuell für die Qualitätssicherung darstellt und einen Trend ermitteln lässt.

Im Folgenden möchte ich weitere grafische Auswertungen vorstellen. Bei einigen bleibe ich aber nur beim Benennen, um den Rahmen nicht zu sprengen.

Eine weitere Grafik wäre das Histogramm. In diesem Säulendiagramm werden die gesammelten Daten in Klassen zusammengefasst. Die Größe einer Säule entspricht dabei der Anzahl der Daten in einer Klasse. Hierdurch wird eine Häufigkeitsverteilung dargestellt. Dieses Diagramm ist nicht so einfach zu berechnen und nur bei größeren Datenansammlungen Aussagekräftig genug. Die gängigen Computerprogramme der Prüf- und Messtechnik beherrschen diesen Typ aber ohne weiteres.

Anbei ein paar Formeln zum Histogramm:
Erst wird die Spannweite R bestimmt:

Anschließend wird die Anzahl k der Klassen festgelegt (das Ergebnis wird aufgerundet):

Zu guter Letzt wird die Breite der Klassen H berechnet:

Nun können in einer Tabelle die gemessenen Werte den Klassen zugeordnet werden und deren Anzahl bestimmt werden.

Beispiel:

Das Paretodiagramm ist ein Säulendiagramm welches die Problemursachen visualisiert und nach ihrer Bedeutung sortiert. Durch diese Darstellung werden die Probleme gefunden die den größten Einfluss auf die Qualität des Produktes haben. Daher dient dieses Diagramm eher zum verdeutlichen einer ganzen Prozesskette als einzelnen Bemaßungen, hilft aber ungemein Prioritäten festzulegen und die größten Fehler zuerst zu beseitigen und somit Kosten und Zeit zu sparen und die Kundenzufriedenheit schnell wieder her zu stellen.

Eine weitere grafische Anzeige wäre ein Tacho. Dieser veranschaulicht ob der aktuelle Messwert sich im Soll (grün) oder im Ausschuss (rot) befindet. Die Eingriffsgrenzen können hier in Gelb dargestellt werden und ein Vorwarnsignal geben. Diese Anzeige ist optimal direkt für den Messarbeitsplatz, dass der Mitarbeiter auf einen Blick sieht ob er das Teil aussortieren bzw. die Maschine nachkorrigieren muss.

Es existieren natürlich noch zahlreiche weiteren Darstellungsarten, Diagrammtypen und statistische Auswertungen in der Qualitätsprüfung. Die von mir genannten sollen aber einen groben Überblick geben.

In den gängigen Programmen können diese entsprechend ausgewählt und angezeigt werden.

Im Folgenden Bild möchte ich zeigen wie das in der Praxis mit der Software Measurelink aussehen könnte:

Qualitätsprüfung

Die Qualitätsprüfung in der industriellen Produktion erfasst die kritischen Merkmale eines Bauteils oder einer Baugruppe und vergleicht diese mit den Sollvorgaben der Konstruktion.

Hierbei werden normalerweise nur die Merkmale geprüft die einen Einfluss auf die einwandfreie Funktion des später fertigen Gesamtsystems haben. Aber auch Merkmale welche für die ästhetischen Eigenschaften eines fertigen Produkts relevant sind (z.B. Kratzer in einer Oberfläche, etc.).

Zur Qualitätsprüfung benutzt man spezielle kalibrierte und in regelmäßigen Abständen kontrollierten Prüf- und Messmittel. Diese Prüf- und Messmittel erfassen einen Ist Zustand und geben das Ergebnis entsprechend aus. Dies können Maße, Winkel, Temperaturen, Vibrationen, oder einfach nur Gut / Schlecht sein.

Welche Merkmale genau geprüft werden müssen, wird in aller Regel durch die bestehende Konstruktion vorgegeben bzw. durch eine Toleranzanalyse ermittelt. Außerdem können aber auch Erfahrungen und Kenntnisse aus dem Produktionsprozess in die Entscheidung mit einfließen ob das Merkmal geprüft werden muss oder nicht. Gerade bei letzterem kann eine künstliche Intelligenz (KI) helfen, Rückschlüsse aus der Vielzahl von Daten zu gewinnen und zu entscheiden ob dieses Merkmal wirklich geprüft werden muss, oder der Prozess so stabil ist, dass es sich immer im jeweiligen Toleranzfeld befindet.

Die Merkmale werden mit geeigneten Messmitteln geprüft. Oft ist es ausreichend einfach zu prüfen ob das Merkmal gut oder schlecht ist. Dies gibt zwar keine Aussage darüber wieso, oder in welche Richtung das Merkmal falsch ist, aber es stellt eine sehr günstige Methode dar. Mittels kraftgesteuerten Roboter lässt sich hiermit ebenfalls eine automatisierte Lösung realisieren, welche gleichzeitig Daten erfasst und eine Statistische Auswertung ohne den Fehlerfaktor Mensch ermöglicht.

Klassischerweise werden die geprüften Merkmale in einem Prüfprotokoll aufgenommen und dann Zentral verwaltet und eine Statistik geführt. Moderne Systeme erlauben es die Prüfdaten direkt vom Prüf- oder Messgerät in eine Datenbank zu schreiben. Entsprechende Software erstellt aus diesen Daten schließlich ein Prüfprotokoll für die Fertigung aber auch eine statistische Auswertung. Diese Auswertung kann über die komplette Fertigung erstellt werden oder über einzelne Bauteile oder Baugruppen.

Über statistische Diagramme bekommt man sehr schnell einen Überblick und sieht auf den ersten Blick in welche Richtung die Qualität läuft.

Unter Einsatz von künstlicher Intelligenz kann die Prüf- bzw. Messmaschine entscheiden welche Merkmale häufiger geprüft werden müssen und welche vielleicht gar nicht mehr oder nur sehr selten.

Hierzu greift die KI auf die Datenbank zu und erfasst die Prüfdaten zu einem Merkmal. Über statistische Algorithmen und maschinelles lernen entscheidet die KI schließlich ob das Merkmal geprüft wird und gibt diese Information an die Maschine oder an den Arbeitsplatz weiter. Die Maschine oder der Werker, welcher vom System durch den Prüfprozess geleitet wird, überspringt schließlich dieses Merkmal, welches nicht mehr geprüft werden muss.

Im Folgenden möchte ich anhand eines kleinen fiktiven Beispiels aufzeigen wie das Ganze in der Praxis umgesetzt werden kann.

Die Baugruppe besteht aus zwei Bauteilen, welche ineinander passen müssen, um die Funktion zu gewährleisten.

Jedes Bauteil hat 4 Merkmale welche geprüft werden. Merkmal 4 war nicht von Anfang an vorgesehen und kam später hinzu, da man gemerkt hatte dass die 10mm Rohmaterialplatte mehr Toleranz hatte als vom Hersteller versprochen. Daher wurde beschlossen auch dieses Maß zu prüfen.

Es wurden insgesamt jeweils 20 Bauteile gefertigt und überprüft. In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse der Prüfungen ersichtlich. Die Ausschussmaße wurden rot markiert.

Um für die Qualitätssicherung diese Tabelle übersichtlicher zu gestalten wurde diese Werte in eine sogenannte Qualitätsregelkarte übertragen.

Ich möchte hier nur die Qualitätsregelkarten der Nennmaße 50mm beider Teile zeigen.

In der Qualitätsregelkarte werden die Untere Toleranzgrenze (UTG), die Obere Toleranzgrenze (OTG) sowie die Untere Eingriffsgrenze (UEG) und Obere Eingriffsgrenze (OEG) als horizontale Linien eingetragen. Die Werte schließlich als Grafen dargestellt. Die Eingriffsgrenzen ergeben sich aus dem Prozess und dienen als eine Art Warnsystem. Sobald die diese Grenze erreicht wird, wird der Fertigungsprozess in die entsprechende Richtung korrigiert. Ziel ist es für die Fertigung die Bauteile zwischen den Eingriffsgrenzen zu halten. Dies ist hier wie man sieht nicht gelungen.

Beim nächsten Blogeintrag werde ich noch weitre grafische Auswertungen vorstellen.

Prüfen und Messen in der Industrie 4.0

Heutige industrielle Strukturen benötigen völlig neue Prüfprozesse. Durch die Digitalisierung der Prüfprozesse erreicht man eine höhere Produktivität, mehr Nachverfolgbarkeit eine höhere Qualität und eine bessere Auswertung des Produktionsprozesses. Durch letzteren lassen sich anhand der gesammelten Daten die Produktionsprozesse optimieren. Dank Industrie 4.0 kann dies sogar so weit gehen, dass sich die Produktion selbstständig auf ein gewünschtes Qualitätsniveau einregelt.

Künstliche Intelligenzen ermöglichen es, über die gewonnenen Daten den Prüfprozess zu optimieren und hierdurch Zeit und Kosten zu sparen. Z.B. stellt die KI fest, dass ein Prüfmerkmal gleichbleibend gut ist und veranlasst, dass dieses Merkmal nur bei jedem 100sten Teil anstatt jedem Teil geprüft wird. Dies spart Zeit und Kosten.

Dank drahtloser Kommunikationstechnologien lassen sich alle Arten von Prüf- und Messmittel in das System integrieren und mit verwenden.

Alle namhaften Hersteller von Prüf- und Messmittel bieten mittlerweile entsprechende Geräte an. Manche setzen auf robuste eigenentwickelte Funktechnologien, andere auf Standardsysteme mittels Bluetooth oder W-LAN.

Die Geräte funken die gemessenen oder geprüften Werte an die übergeordneten Systeme, welche die Werte entsprechend auswerten und ablegen.

Selbstverständlich gibt es auch Kabelgebundene Lösungen.

Auch holen die berührungslosen Prüf- und Messsysteme dank neuer Sensortechnologien auf. Die negativen Erfahrungen früherer berührungsloser Technologien sind nicht mehr begründet. Heutige Sensoren und Algorithmen sind so gut geworden, dass sie die meisten Umwelteinflüssen herausfiltern können. So können mit modernen Sensoren nahezu alle Oberflächen unter rauen Industrieumgebungen sicher und hochpräzise abgetastet werden.

Berührungsloses Messen und Prüfen hat den großen Vorteil, dass keinerlei Kraft auf das Werkstück ausgeübt wird, direkt bei laufendem Förderband in Echtzeit die Merkmale vermessen werden können, und es keinerlei Verschleißerscheinungen am Prüfmittel mehr gibt.

Gerne berate ich Sie bei der Modernisierung Ihrer Prüfaufgaben. Zusammen mit meiner Partnerfirma WUMO Control Works GmbH kann ich Ihnen einzelne Prüfeinrichtungen bis hin zu kompletten Prüfkonzepten für Ihre digitale Firma liefern. Zusammen gestalten wir Ihre Produktion wirtschaftlicher bei gleichzeitig höherer Qualität.

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