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Produktionsstillstand – ein Alptraum

Mit High-speed-Videoanalyse Fehlerursachen beweisen
Produktionsstillstand – ein Alptraum

Qualitätsmanagement, Konstrukteure, Entwickler oder Produktionsleiter müssen für komplexe Systeme aus Mechanik und Elektronik eine fehlerfreie Dauerfunktion gewährleisten. In extrem schnellen Taktzeiten oder Vorgängen ist vieles nicht exakt planbar. Im Erkennen der Fehlerursachen ist das menschliche Auge bei schnellen Abläufen überfordert. Die moderne High-speed-Videoanalyse verschafft Klarheit.

Dipl.-Ing. Kamillo Weiß, Fachjournalist, Leinfelden-Echterdingen

Das Sprichwort ‘Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte’ potenziert sich in der Tragweite seines Sinnes, wenn man dies auf die Bildsequenz ausdehnt. Wird ein sehr schneller fehlerbehafteter Vorgang mit 1000 Bildern pro Sekunde untersucht, dann findet sich ganz bestimmt eine Bildsequenz, aus der die Ursache des auftretenden Fehlers in den Bildern chronologisch ersichtlich wird. Bilder sprechen eine einfache und für jeden verständliche eindeutige Sprache. Die Einstellung vieler Ingenieure zu Hochgeschwindigkeits-Video ist noch stark von der Vergangenheit geprägt. Diese Systeme bestanden gegenüber heute aus starrer unflexibler Hard- und Software. Für das Gewinnen des günstigsten Auslösezeitpunktes konnte aufwendige Sensorik notwendig werden. Die Bedienung dieser Systeme erforderte einige Erfahrung und Fachkenntnisse. Die Speicherung des Bildmaterials erfolgte auf externen teils speziellen Videorecordern. Sporadisch auftretende Fehler konnten zur Durchführung vieler Aufnahmesequenzen führen. Aus mitunter sehr umfangreichem Bildmaterial waren die entscheidenden Bildsequenzen zu finden. Das Überspielen und die Weiterverarbeitung der Bilder am PC erforderte spezielle Videoboards, Schnittstellen und Software. Die allgemein üblichen Videokameras nach Fernsehnorm mit 30 Bildern/ Sekunde sind in ihren technologischen Möglichkeiten für das Anwendungsfeld hoher Geschwindigkeit völlig ungenügend. Moderne Videokameras mit digitalem Halbleiterspeicher nach dem Progressiv Scan Prinzip sind dagegen in der Lage, sehr schnelle Bewegungen mit hoher Auflösung und Lichtempfindlichkeit zu erfassen.
High-speed-Video leicht gemacht
Die kompakten High-speed Videosysteme ‘MotionBlitz’ der Mikrotron GmbH bieten neueste Technologien in Hard- und Software und eine herausragende sehr einfache Bedienung. Die komplette betriebsbereite Systemeinheit – bestehend aus dem PC und Software, Hochgeschwindigkeitskamera und Zubehör – ist in kürzester Zeit für unterschiedliche Anwendungsbereiche einsatzbereit. In wenigen übersichtlichen Menüs erfolgt unter dem Betriebssystem Windows95 per Mausklick das Starten, Steuern, Speichern und Aufrufen der gewonnenen Bildsequenzen. Durch die PC-Kompatibilität und der Abspeicherung im Standard BMP Format können die Bilder sofort in andere PC-Tools und auf unterschiedliche Speichermedien übernommen werden. Für die spätere Dokumentation und für Analyseverfahren können die einzelnen Bilder der aufgenommenen Ereignisse mit Zusatzinformationen wie Kameraparameter, Datum, Zeit oder sogar auch mit Prozeßinformationen wie Druck und Temperatur versehen werden. Diese Informationen werden in einem Zeilenfenster jeweils unter dem Bild abgespeichert. Damit bleibt das Bild immer im Original erhalten.
Durch den Ringspeicher-Modus können so lange Aufnahmen erfolgen bis durch ein externes oder internes Triggersignal ein sporadisches Ereignis eingetreten ist. Innerhalb dieses Ringspeichers werden die alten Aufnahmen zyklisch durch neue überschrieben. ‘MotionBlitz’ kann die Aufnahmesequenz so stoppen, daß die Bilder vor, während, oder auch mit definierter Zeit nach Auftreten des Ereignisses gespeichert werden.
Per Mausklick kann man die Kamera und den Modus, die Betriebsart sowie Geschwindigkeit initialisieren. Anschließend kann man die Bilder in einzelnen Schritten oder als Zeitlupensequenz – vorwärts wie rückwärts – am PC ansehen.
Die wenigen dann ausgewählten Bilder oder Sequenzen können dann sofort an die verschiedensten Speichermedien wie Platte, Disk, MO-/ ZIP-Laufwerk oder in Netzwerke weiter geleitet werden.
Objekt-Triggerung
Herausragend unter den High-speed Videosystemen ist die Fähigkeit von ‘MotionBlitz’, daß an einer beliebig definierbaren Stelle des Aufnahmebildes eine Veränderung im Bildinhalt den Trigger aktiviert. Bislang aufwendige Systeme von Lichtschranken können sich dadurch erübrigen. Selbst komplexe Analysen können wesentlich einfacher und schneller realisiert werden. Im Aufnahmebild direkt frei wählbar wird per Mausclick eine Bildzeile mit beliebig vielen Pixel als ‘Sensor’ bestimmt. Die Sensibilität der Trigger-Schwelle ist im Menü einstellbar und kann im Live-Bild getestet werden. Selbst eine minimale Veränderung in diesem ‘Sensorfeld’ stoppt die Aufnahme der High-speed-Videokamera. Das ergibt für den Anwender eine sehr einfache Triggerung der gewünschten Bildanzahl vor und nach dem Ereignis. Die Schwierigkeit der Erfassung von sporadisch auftretenden Vorfällen kann jetzt zielsicher bewältigt werden.
Während bei anderen Aufzeichnungsverfahren die Kamera den Aufnahmetakt bestimmt, können durch externe Triggerung beim MotionBlitz die Bilder synchron zu einem äußeren Ereignis – wie mit Stroboskop – erfaßt werden. Eine wichtige Eigenschaft für das Betrachten und Aufzeichnen rotierender Teile in Standbildern.
Flexibel und modular
Es stehen drei MotionBlitz Modelle mit Bildaufzeichnungsraten von 200, 500 und 1000 Bilder/s zur Verfügung. Die mobilen Systeme besteht aus: Rechner mit Pentium 200 Mhz CPU, Windows95, Farb-LCD-Display, Basisbildspeicher, High-speed-Kamera sowie Software. Das System MotionBlitz 200P verfügt über eine Vollbild Progressiv Scan CCD-Kamera von 640 x 480 Bildpunkten, elektronischer Vollbild-Verschluß bis zu 1/32.000 Sekunde und Aufnahmefrequenzen von 60, 120 und 200 Bildern/Sekunde. Der Bildspeicher bietet Aufnahmezeiten von 5,5 bis zu 18,3 Sekunden.
Das System 500P liefert 500 Bilder/Sekunde von 320×230 Bildpunkten mit einem Basisbildspeicher von 1234 Bildern bzw. 2,6 Sekunden Aufnahmezeit, erweiterbar auf 6.0 Sekunden. Das System 1000 P liefert 1000 Bilder/Sekunde von 320×100 Bildpunkten und bis zu 6.0 Sekunden Aufzeichnung.
Kontrolle ist besser
Im Umfeld zunehmender Normen und -Zertifizierungen der Qualität gilt es nicht nur Fehlerquellen zu erkennen, sondern sie so früh wie irgend möglich noch vor weiten Schritten der Wertschöpfung endgültig zu beheben.
Gerade die sporadisch auftretenden Fehler sind nicht nur sehr schwierig zu analysieren, sondern sie können meist eine ganze Kette von Kosten verursachen. Unter zusätzlichem Termindruck sind Konstrukteure und Techniker dann Tage und unter Umständen auch Wochen damit beschäftigt das Problem in den Griff zu bekommen. Am Ende dieser Kette steht möglicherweise der Verlust von Kunden und schwerwiegende negative Auswirkungen auf das Firmenimage.
Die Qualitätsnormen schreiben für viele Produkte Falltests vor. Beim Auftritt von Fehlern müssen neue Prototypen entwickelt und angefertigt werden. Die dabei auftretenden Kosten können die Anschaffung eines High-speed Videosystems um ein vielfaches übersteigen.
Ein Bonder der sich mit dem haarfeinen Golddraht im µm-Bereich sehr schnell mit verhältnismäßig großen Massen bewegen muß, darf nicht in Schwingungen geraten. Jede Prellung oder Vibration des Bondkopfes verursacht schlechte Qualität, welche sich oft erst mit erheblicher Verzögerung bemerkbar machen kann.
Die Folge könnten teure Rückrufaktionen eines Produktes sein. Wenn man dagegen beweisen kann, daß es beim Bonden keinerlei mechanisch unerwünschte Bewegungen gibt, dann ist das z. B. im Marketing und Verkauf ein Qualitätsbeweis.
Beweisführung per Video
Wenn man genau sieht was und wie es passiert, sind die Voraussetzungen für die Abschaffung des Problems geschaffen. Die Ingenieure der verschiedenen Fachbereichen sind mehr denn je darauf angewiesen, gegenüber ihrer Geschäftsleitung Fakten mit Beweischarakter zu liefern.
Bilder und insbesondere Bildsequenzen sind auch dem Nichttechniker verständlich. Egal ob nun Geschäftsleitung, Marketing, Verkauf und Service, überall sind die Ergebnisse von High-speed-Video von großem Nutzen.
Der Konstrukteur kann Maßnahmen in der Bauweise einleiten. Der Produktionsleiter kann durch minimale Änderung in der Prozeßsteuerung den teuren Stau beseitigen. Der Monteur und Servicetechniker erhält wichtige Informationen für optimale Einstellungen oder liefert per E-mail die Ergebnisse an Konstruktion und Entwicklung.
In diesem ganzen Anwendungsspektrum mit unterschiedlichem Nutzen ist für den verantwortlichen Ingenieur auch wichtig zu wissen, daß er aktuell anstehende Probleme auch dadurch beseitigen kann, daß er das High-speed Videosystem ‘MotionBlitz’ einschließlich Fachmann kurzzeitig mieten kann.
Weitere Informationen A QE 406
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