Qualitätskontrolle rotierende Instrumente

Im Rahmen des Projektes beim Kunden sollen rotierende Instrumente optisch in einer Automatisierungseinheit geprüft werden. Durch die industrielle Bildverarbeitung ist man in der Lage, trotz hoher Taktrate und häufig ungünstiger Rahmenbedingungen, wie z.B. schlechter Zugänglichkeit, eine Kontrolle zwischen aufeinander folgenden Prozessschritten zu integrieren. Damit können nicht nur bessere Daten über den Prozess gewonnen, sondern auch Schlecht-Teile ausgesondert werden. Die hergestellten Produkte müssen zuverlässig, objektiv, möglichst vollautomatisch und in Bezug auf definierte Produkt- und Qualitätsvorgaben überwacht werden.
Das vorliegende Lastenheft / Pflichtenheft beschreibt die geforderten Eigenschaften des optischen Prüfsystems. Das Lastenheft wurde mit dem Ziel erstellt, die optische Prüfung von rotierenden Instrumenten in einwandfreier Qualität und einer hohen Prozessverfügbarkeit sicherzustellen.

1.1. Aufgabenstellung
Rotierende Instrumente sollen im Bereich CM (Custom Made) automatisiert optisch geprüft werden. Dabei sollen folgende Komponenten geprüft werden:

• Laserbeschriftung (fehlend, unvollständig, falsch, falsche Position) 
• UDI Kennzeichnung (fehlend, unvollständig, falsch, falsche Position) 
• Lasermarkierung (fehlend, unvollständig, falsche Position)
• Farbring (fehlend, falsche Farbe, unvollständig, überfärbt)

Die Aufgabe ist in den Bereich der Oberflächenprüfung einzuordnen. Das Prüfsystem sollte Code und Zeichen auf rotierenden Instrumenten lesen, Defekte in den Bereichen der zu prüfenden Komponenten erkennen und die Komponenten auf Vollständigkeit und die Position prüfen. Fehlerhafte Instrumente sollen identifiziert und als n.i.O. separiert werden. Im Rahmen des Projektes soll geprüft werden, ob ein Prüfsystem in eine noch zu entwickelnde Automatisierungseinheit integrierbar ist. Bei der Prüfzeit/ Instrument soll die Taktzeit von 10 sec berücksichtigt werden. Besser wäre die Taktzeit soweit es geht zu reduzieren.

1.1.1. Bisherige Vorgehensweise
• manuelle Sichtprüfung durch Experten mit 10xLupe, 2xRinglupe 
• Einordnung i.O./n.i.O. nach Quality Book
• Prüfzeit: 1000/1000 min, 1000/400 min
• Jährliche Produktion rotierender Instrumente: ca. 800.000 Stück

Die optische Prüfung der UDI-Kennzeichnung ist für die Mitarbeiter besonders herausfordernd, da es sich um eine 12-14-stellige Zahlenkombination handelt, die bei jedem Instrument abgeglichen wird. Aufgrund der Reflexionen, der Schriftgröße und der Länge der Kennzeichnung ist die Prüfung zeitaufwendig und schwierig.

1.1.2. Validierung
Um das Prüfsystem zu qualifizieren, müssen folgende Werte bekannt sein:
• Detektionsrate
• Klassifikationsrate
• Falschalarmrate (Pseudoausschuss) •Wiederholbarkeit
• Langzeitstabilität
• Weitere?

Um das System zu validieren werden Musterteile, Musterkataloge und Teile mit Referenzaussagen/Grenzmuster bereitgestellt. Mithilfe der Musterteile soll ein Fähigkeitsnachweis mit entsprechender Dokumentation erstellt werden. Verfahren zur Validierung werden typischerweise bei Vor-, Endabnahme und Prüfmittelüberwachung eingesetzt. Dabei sollte nach VDI/VDE/VDMA 2632 vorgegangen werden.
Statistische Auswertungen (Mittelwerte, Varianzen) der Prüfergebnisse, sowie der Warn-/Eingriffsgrenzen sollen möglich sein. Die Daten sollen für die Weiterverarbeitung vom Prüfsystem bereitgestellt werden.

1.1.3. Zeitliche Anforderungen
• Geforderte Geschwindigkeit/Taktzeit: 10sec/Instrument 
• Durchsatz: ca. 800.000 Instrumente/Jahr

1.1.4. Geforderte Verfügbarkeit
Das optische Prüfsystem sollte das zu erwartende Ergebnis vom Beschriftungsautomaten erhalten. Welche Lösungsansätze gibt es, wenn die Datenbasis fehlerhaft oder nicht vorhanden ist? Anschließend wird eine Verifizierung durchgeführt. Zusätzlich sollte das optische Prüfsystem sich bei erfolgreicher Verifizierung eine Datenbasis erstellen, um Falscheingaben vom Bediener am Beschriftungsautomaten zu erkennen. Eine wichtige Frage ist das teachen von neuen Produkten. Wie lange dauert das? Wie aufwendig ist das?
• Maximal geplante/ungeplante Stillstandszeiten 
o Mean Time Between Failures (MTBF) 
o Mean Time to Repair (MRTTR)
o Mean Time Between Maintenance (MTBM)

1.2. Prüfobjekt
Bei den zu prüfenden Objekten handelt es sich um rotierende Instrumente aus dem Bereich Custom Made. Die nachfolgende Tabelle zeigt die detaillierten Anforderungen. Das optische System sollte die Kennzeichnungsposition prüfen. Es sollte die Lage und Position der Zeichen erkennen. Außerdem sollte das System die Kennzeichnungsabmessungen bestimmen und mit den geforderten abgleichen. Zusätzlich sollte das System die verschiedenen Kennzeichnungsausführungen erkennen und auf Vollständigkeit prüfen. Das optische System muss in der Lage sein, die Prüfungen auf unterschiedlichen Oberflächen durchzuführen. Dabei können Glanz und Reflexionen die Bilderfassung erschweren. Des Weiteren sollen die Tiefenmarkierungen im Bereich des Arbeitsteils bzgl. der Position und Vollständigkeit geprüft werden. Zusätzlich soll der Farbring geprüft werden. Der Farbring befindet sich ausschließlich auf zylindrischen Oberflächen. Dabei sollte die Farbe, Ausführung und Position geprüft werden.
Die Angaben sind in der Einheit mm.

2 Anbausituation 

Die Prüfung inkl. MRK Roboter kann in einer Standard CRETEC Prüfzelle (QBIC) erfolgen. Der Kunde stellt die Warenträger und Prüflinge zur Verfügung und CRETEC integriert dieses in das vorhandene Standardsystem.
Der Roboter entnimmt den Prüfling aus dem Tray, prüft wie beschrieben mittels Bildverarbeitung, und setzt den Prüfling anschließen dem Ergebnis entsprechend in einem i.O. bzw. n.i.O. Tray ab.
Die Prüfzelle ist mittels integrierter ausfahrbarer Rollen ortsveränderlich.
Die Maße der Prüfzelle sind in der Zeichnung „Prüfzelle" hinterlegt:
Die Schutzscheiben lassen sich aus den Profilen entnehmen, um wie geplant eine separate Roboterzelle anbinden zu können.