Bildverarbeitung goes CAQ

Stefan Klöpping, K + P Qualitäts-Kontrollsysteme GmbH, Seevetal Marian Mihelic, KINLINE ManagementService, Melbeck/Lüneburg Jens Posener, ddw Computersysteme GmbH, Lübeck

Bildverarbeitungs-systeme nehmen als Bindeglied in der Prozesskette automatisierter Fertigungssysteme eine immer wichtigere Rolle ein. Rationalisierungs- und Kostengesichtspunkte, Vorgaben aus Zertifizierungen sowie Anforderungen des Qualitätsmanagements zum kontinuierlichen Verbesserungsprozess (KVP) sind einige der wesentlichen Gründe dafür. Hinzu kommen aber auch Risiken aus der Rechtssprechung zur Produkthaftung, die es zu vermeiden gilt. Im Schadensfall kommt es dabei vor allem auf den Nachweis von zwei Punkten an: Erstens, dass der zum Schadensfall führende Produktfehler „zum Zeitpunkt der Inverkehrgabe dem Produkt noch nicht anhaftete.“ Zweitens, dass „mit zumutbarem Aufwand gemäß des Stands der Technik alles getan wurde, was zur Sicherung des Prozesses und der Überwachung beiträgt.“

Worauf sollte man aber bei der Wahl seines BV-Systems achten? Einerseits gibt es BV-Lösungen, die einige Basisfunktionen abdecken und billig zugleich sind, andererseits kosten BV-Lösungen von Systemanbietern gleich um einiges mehr.

Wer sich aus Preisgründen für eine Toolbox-Lösung entscheidet, deckt einerseits sicherlich bestimmte Anforderungen ab. Andererseits muß er sich aber auch darüber im klaren sein, dass die dabei eingesetzten Softwarekomponenten mit ihren Algorithmen wenig bis überhaupt nicht verändert werden können. Wenn später bestimmte Anwendungsparameter nach dem Produktivstart in der Praxis nicht mit den Annahmen übereinstimmen, die bei der Programmierung der Toolbox-Software unterstellt wurden, gibt es keine Möglichkeit, unkompliziert, schnell und mit vertretbarem Aufwand die Algorithmen an die eigene Situation anzupassen.

BV-Lösungen von Systemanbietern sind dagegen von einer hohen Flexibilität gekennzeichnet, mit deren Hilfe auch unerwartete Probleme verhältnismäßig einfach gelöst werden kännen. Dazu braucht es aber Erfahrungen und den Einsatz offener Softwarelösungen – je nach Bedarf bis hin zur Anbindung eines softwaregestützten Qualitätsmanagementsystems (CAQ). Durch die aufeinander abgestimmten BV-Systemlösungen von K+P und dem CAQ-System von ddw stehen nahtlos in die Prozesssteuerung integrierbare, individuelle BV-Komplettlösungen mit größtmöglicher Flexibilität zur Verfügung.

Die Komponenten

Auf der Bildaufnahmeseite sind Kamerasysteme mit Echtzeit-Bildverarbeitung Stand der Technik (u.a. die bewährten Systeme von Pulnix, Panasonic und Sony). Bei der Kameraauflösung sollte vor allem auf die maximal verfügbare optische Auflösung geachtet und diese von der interpolierten (künstlich hochgerechneten) Auflösung unterschieden werden. Auf der Rechnerseite gehören zum Standard Industrie-PCs und Bedienpanel mit 15″ Touchscreen, die für Anbieter gesundheitlich sensibler Produkte (Pharma, Lebensmittel, Kosmetik etc.) auch in GMP-gerechten Edelstahlgehäuse-Versionen verfügbar sein sollten. Die Leistungsfähigkeit eines BV-Systems wird allerdings zu weit mehr als 50% von den Softwarekomponenten bestimmt. Vergegenwärtigt man sich einmal, welche große Anzahl unterschiedlichster Faktoren in der industriellen BV eine Rolle spielen, so wird schnell klar, dass es letzten Endes auf die individuelle Anpassung der Auswertealgorithmen an die jeweilige Anwendung ankommt. Oberflächenbeschaffenheit, 3D-Formgebung, Farbveränderungen, Fertigungstaktzeiten, Änderungen von Raumlicht und Beleuchtung, Temperaturschwankungen, Positionierungstoleranzen und andere Umfeldfaktoren machen es erforderlich, dass der BV-Systemanbieter direkten Zugriff auf die Auswertealgorithmen hat und diese zielsicher verändern kann.

Die Anwendungsdefinition und Umfeldfaktoren

Entscheidender Ausgangspunkt einer einwandfrei funktionierenden BV-Lösung ist, zum einen, die zutreffende Definition der BV-Anwendung selbst. Zum anderen müssen aber auch die entscheidenden Eckparameter der Anwendungsumgebung sicher erkannt und in ihrer Bedeutung korrekt beurteilt werden. Nur so ist es möglich, die alles entscheidenden Software-Algorithmen für das reibungslose Funktionieren zu programmieren. Für eine solche Aufgabe ist ein spezialisiertes Fachpersonal mit langjährigem Erfahrungshintergrund erforderlich, dass das dafür erforderliche mathematisch-naturwissenschaftliche Grundverständnis mitbringt.

Testanordnung und Fertigungsumgebung

Haben Sie einen BV-Systemanbieter näher ins Auge gefaßt, so wird nach den Testdurchgängen anhand von Mustern der Prüfobjekte klar sein, in welchem Umfang die Ergebnisse der BV-Anordnung dem Pflichtenheft entsprechen. Ist das Ergebnis nach dieser Testphase zufriedenstellend, so ist das aber erst der halbe Weg zum Ziel. Es ist normal, dass die im Testdurchgang gefundene Lösung nicht ohne weiteres auf die Fertigungsumgebung unverändert übertragbar ist. Erst in der eigentlichen Prüfumgebung kann die endgültige Parametrierung der Prüfalgorithmen im Detail vorgenommen werden. Und selbst nach dem Produktivstart können sich noch einzelne Faktoren allein durch den Dauerbetrieb verändern.

Das Auswertesignal – und dann?

BV-Lösungen wachsen in den anwendenden Betrieben meistens mit der Praxiserfahrung. Dafür muß der BV-Partner in der Lage sein, die BV-Komponenten samt Software an die vorhandene Systemplattform anzubinden – sei es Windows NT, SPS, Linux oder DOS. Die Anbindung einer Selektionsvorrichtung für n.i.O-Objekte in der Fertigungslinie gehört in der Regel mit zum Pflichtenheft einer durchdachten BV-Lösung. Aufgrund seiner jahrelangen Erfahrung mit der Integration von BV in den Fertigungsprozess übernimmt K+P bei Bedarf auch den kompletten Vorrichtungsbau für Selektionssysteme. Für den Anwender ergibt sich daraus der unschätzbare Vorteil eines einzigen Ansprechpartners.

Integration in das Prozessmanagement

Anwender industrieller BV, die entweder bereits einzelne Elemente eines CAQ-Systems einsetzen und Anwender, die mit der BV-Installation einen ersten Schritt zum Aufbau eines durchgängigen Prozessmanagements vornehmen möchten, erhalten mit K+P-Lösungen eine optimale Basis für die problemlose Einbindung der BV-Anwendung in das individuelle Qualitätsmanagementsystem.

BV-Systeme von K+P zeichnen sich durch die Softwarekompatibilität zum CAQ-System des Lübecker Systemhauses ddw Computersysteme GmbH aus.

Durch das modulare Konzept des CAQ-Systems von ddw erhält jeder BV-Anwender von K+P-Lösungen eine standardisierte Schnittstelle und damit den Zugang zur kompletten Bandbreite eines bewährten Qualitätsmanagementsystems – von der Prüfplanung, Prüfmittelüberwachung, statistischen Prozesskontrolle bis zur Wareneingangskontrolle, dem Reklamationsmanagement, prozessbegleitenden Laborabläufen und der Anbindung an übergeordnete Systeme betriebswirtschaftlicher Unternehmenssoftware (wie SAP R/3 etc.).

Aus Sicht des softwaregestützten Qualitätsmanagements sind BV-Anwendungen in der automatisierten Fertigungstechnik nichts anderes als Messmittel, die mehr oder weniger umfangreiche Messdaten produzieren. Die Auslieferung von BV-Lösungen mit einem entsprechenden Dokumentations-Tool gehört heute zum Standard von BV-Systemanbietern. Der Grundgedanke des Qualitätsmanagements besteht aber – vereinfacht gesagt – in der Verknüpfung von Qualitätsdaten mit einem Regelkreis zur kontinuierlichen Optimierung von Fertigungseffizienz und der vom Anwender wahrgenommenen Produktqualität. So gesehen ergibt sich folgerichtig die Frage, auf welche Weise die BV-Dokumentation in den Regelkreis eingebunden werden sollte. Dabei wird nicht selten die Inhouse-Lösung mit eigenprogrammierten Schnittstellen aus Kostengründen bevorzugt. Für begrenzte Datenmengen und erste Erfahrungen mag das durchaus sinnvoll sein. Langfristig zahlt es sich jedoch nicht aus. Denn bei zunehmender Datenmenge, wachsender BV-Komplexität und vor allem beim Verlust von Know-how durch Personalfluktuation sind bei der Erweiterung und Wartung einer selbstgestrickten Schnittstelle größere Probleme oft unvermeidbar. Wer ihnen von vornherein aus dem Weg gehen möchte, ist mit praxisbewährten Standardschnittstellen eines erfahrenen CAQ-Anbieters besser beraten. Das CAQ-System von ddw zeichnet sich sowohl durch sehr engen Praxisbezug zur Werker-Welt im Fertigungsprozess wie auch durch konsequent offene Schnittstellen zur Welt der Messtechnik und der betriebswirtschaftlichen Unternehmenssoftware aus.

Eigene Entwicklung

Der Lübecker CAQ-Spezialist entwickelt seit 1986 Software für das Qualitätsmanagement nach dem gleichen Grundsatz: „Es kommt nicht auf das technisch Machbare an, sondern auf die effiziente Lösung, die für den Anwender intuitiv bedienbar ist.“ Alle CAQ-Anwendungen werden von ddw selbst entwickelt. Damit steht in jeder Situation das komplette Know-how kurzfristig zur Verfügung. Anpassungen kännen ohne Umwege und zielgenau vorgenommen werden.

Durch die laufende Einbindung neuester Software-Technologien zeichnet sich das CAQ-System von ddw durch ein flexibles und modernes Programmierkonzept aus, das selbst die Verknüpfung von Prozess und Produkt bezogenen Daten unabhängig von der Datenquelle ermäglicht. So kann die Rückverfolgbarkeit von Produktdaten bis hin zum Verwendungsentscheid auf effektive Weise realisiert werden. Die besondere Stärke des CAQ-Systems von ddw besteht in der Flexibilität, mit der individuelle Lösungen durch Standardmodule aufgebaut werden kännen.

Offene Schnittstellen

Das CAQ-System von ddw unterstützt VDA-Schnittstellen und Schnittstellen-Standards wie ODBC, FTP, DDE, COM/DICOM, DEMIS, HTTP oder XML. Als Datenbanklösung kommen SQL-Datenbanken u.a. von Oracle zum Einsatz. Im Laufe der Jahre hat ddw Schnittstellenläsungen zu Standards für verschiedene messtechnische Anwendungen weiterentwickelt, sodass die Anbindung von Messgeräten und -vorrichtungen an ddw CAQ-Module unabhängig vom Gerätehersteller möglich ist. Beispiele dafür sind unter anderem Anwendungen zu 3D-Koordinatenmessungen, dimensionalen Messungen, Lasermessungen, zerstörender und nicht-zerstörender Werkstoffprüfungen, Drehmomentprüfungen und Bildverarbeitungssystemen.

Selbst zu übergeordneten Systemplattformen betriebswirtschaftlicher Unternehmenssoftware (wie SAP R/3) bestehen seit Jahren entsprechende Schnittstellen – entweder zur Anbindung eines QM-Subsystems oder auch zur Rückmeldung des Verwendungsnachweises.

Bewährte Kooperationspartner

Durch die Kooperation mit K+P steht das Schnittstellen Know-how von ddw nunmehr auch im Bereich industrieller Bildverarbeitungssysteme für die automatisierte Fertigungstechnologie zur Verfügung. Es ist eine konsequente Ausdehnung von Kooperationen, die bereits seit vielen Jahren in anderen Bereichen der Messtechnik bestehen. Beispiele dafür sind u.a. die Messdatenauswertungen zu Inline-Prüfungen von Schweißpunkten und Schweißbolzen, der Messung von Spalt- und Übergang oder der zerstörenden Werkstoffprüfung mit ZWICK-Geräten. Zur testXpert-Software von ZWICK besitzt das CAQ-System von ddw bereits seit Jahren eine standardisierte Schnittstelle. Das jüngste Beispiel ist die Erweiterung messtechnischer Lösungen für Spalt und Übergang im Automobilbereich um die lasergestützte, berührungsfreie Messung.

Darüber hinaus ergänzen sich K+P und ddw im Bereich der industriellen Bildverarbeitung nicht zuletzt durch die gemeinsame Projekterfahrung in der Automobilbranche, die als Vorreiter des Qualitätsmanagements gilt.

Die räumliche Nähe erleichtert kurzfristige Abstimmungen zudem wesentlich.

Zertifizierung

In eineinhalb Jahrzehnten praxisnaher Entwicklungsarbeit ist eine Vielzahl von Anregungen aus unterschiedlichsten Branchen in ddw-Lösungen integriert worden. Diese stehen heute allen CAQ-Anwendern in modularer Form als Standard zur Verfügung. Die langjährige Partnerschaft sowohl mit Automobilherstellern wie auch Zulieferern und mit Herstellern aus den Branchen Aluminium, Gummi, Holz, Kunststoffe, Maschinenbau, Metall, Papier, Pharma hat den eigenen Qualitätsanspruch nachhaltig geprägt. Unterstrichen wird das nicht zuletzt durch die Zertifizierung der DQS nach DIN EN ISO 9001:2000 nach VDA 6.2.

Die beschriebenen Merkmale und Kriterien effizienter BV-Systeme machen deutlich, wie wichtig es ist, sich von Anfang an Klarheit über den Umfang der angedachten BV-Anwendung zu verschaffen. BV-Lösungen von Systemanbietern bewegen sich zwar bei der Anfangsinvestition deutlich in oberen Preis-dimensionen. Das relativiert sich jedoch auf lange Sicht ganz wesentlich durch zuverlässige Funktionsfähigkeit von Anfang an sowie durch das Einsparpotential nach Einbindung in ein durchgängiges Produkt- bzw. Prozessmanagementsystem mit Hilfe des CAQ-Systems von ddw. Investititonssicherheit und Produkthaftung sollten die eigentlichen Entscheidungskriterien bei der Wahl des eigenen BV-Systems sein.