Oberflächeninspektion des Blocks nach der Reinigung: Drei Stationen, ein Durchlauf

Übersicht

Ein Block, der die Wäscheanlage sauber verlässt, kann dennoch aus zwei verschiedenen Gründen durchfallen, die auf einem Bild identisch erscheinen: ein Gießfehler, der von Anfang an vorhanden war, und ein Span, den die Wäschephase nicht entfernt hat. Die Unterscheidung zwischen diesen beiden Fehlertypen ist der Zweck der Inspektion unmittelbar nach der Wäsche – und nicht am Ende der Fertigungslinie.

Die Inspektion dient zudem der Wäscheanlage selbst. Werden Spanne in einem konsistenten Bereich festgestellt, weist dies auf die Position einer Düse, eine Filtrationsstufe oder einen Kontakt der Halterung hin – und zwar innerhalb derselben Schicht statt drei Wochen später, wenn das Teil bei der Montage versagt.

Big Bird Industrial (ehemals Shimada Big Bird Industrial) baut seit 2001 Reinigungs- und Entgratsysteme für Krafttrain-Komponenten der Automobilindustrie; die hier beschriebene Stationenanordnung folgt Produktionslinien für Dieselblockkomponenten und nutzt eine Roboter-gestützte Hochauflösungskamera mit breiter, diffuser Beleuchtung über drei Stationen.

1. Warum die Position nach der Waschanlage entscheidend ist

Derselbe Fehler liefert je nach Fundort unterschiedliche Informationen; die Position unmittelbar nach der Waschanlage trennt Ursache von Wirkung.

Zuordnung ohne Vermutung

Am Ende der Linie könnte ein Span auf einer bearbeiteten Fläche von der Waschanlage, vom Montageprozess, von einer Vorrichtung oder aus der Umgebung stammen. Unmittelbar nach der Waschanlage gibt es jedoch nur einen einzigen Kandidaten – wodurch sich eine Untersuchung in eine einfache Überprüfung verwandelt.

Die Waschanlage erhält ein Ergebnis

Eine Reinigungsstufe wird normalerweise anhand einer Stichprobenentnahme beurteilt, die eine Massenangabe mehrere Stunden nach der Fertigung des Teils liefert. Eine Inspektionsstation meldet pro Teil und pro Position – das ist eine andere Art von Rückmeldung: Sie benennt die betroffene Fläche, nicht nur die Menge.

2. Drei Stationen und was jede sieht

Ein Block lässt sich nicht aus einer einzigen Ansicht heraus inspizieren. Seine relevanten Oberflächen weisen in verschiedene Richtungen, und gerade die am schwersten einsehbaren Flächen sammeln oft Späne.

Unterseite, Umfang und Überprüfung

Die Anordnung, die bei Dieselmotorenblöcken eingesetzt wird, umfasst die Unterseite, die Umfangsflächen sowie eine Überprüfungsposition, an der zweifelhafte Befunde manuell begutachtet werden. Diese drei Positionen sind nicht redundant: Die Unterseite sammelt Späne durch Schwerkraft, die Umfangsflächen tragen die bearbeiteten Flächen, die mit anderen Komponenten zusammenpassen, und die Überprüfungsposition existiert deshalb, weil nicht jeder zweifelhafte Befund von einem Modell entschieden werden sollte.

Robotergetragene Kamera versus feste Kameras

Ein Roboter mit einer Kamera kann mehrere Oberflächen mit einem Sensor erreichen, wobei Zeit für Bewegung und Genauigkeit des Fahrwegs verloren gehen. Feste Kameras, die eine Station abdecken, sind schneller, benötigen aber je Blickwinkel eine eigene Kamera. Auf einem Block ist die Roboteranordnung üblich, da die Anzahl der Blickwinkel groß ist und das Werkstück in einer einzigen Orientierung präsentiert wird.

3. Ein Span und ein Fehler sehen sich ähnlich

Der schwierigste Teil der Oberflächeninspektion nach der Reinigung besteht darin, dass die beiden zu unterscheidenden Dinge optisch ähnlich sind.

Warum die Unterscheidung schwierig ist

Ein Metallspan auf einer bearbeiteten Fläche weist eine Kante, einen Schatten und einen Kontrast zum Hintergrund auf – genau wie ein Kratzer oder eine Delle. Ein Modell, das ausschließlich anhand von Fehlerbeispielen trainiert wurde, klassifiziert Späne als Fehler; eine Station, die dies tut, erzeugt falsch-positive Meldungen, die innerhalb einer Woche das Vertrauen untergraben.

Wie die Unterscheidung erfolgt

Die zuverlässigen Unterscheidungsmerkmale sind physikalischer statt statistischer Natur. Ein Span liegt oberhalb der Oberfläche und wirft einen Schatten, dessen Richtung sich mit der Lichtquelle verschiebt, während eine Delle eine Vertiefung ist, deren Schattierung sich nicht verschiebt. Ein Span kann durch einen Luftstoß versetzt werden; ein Fehler nicht. Die Verwendung einer zweiten Aufnahme mit anderer Lichtrichtung oder eines Luftstoßes vor der erneuten Aufnahme verwandelt eine mehrdeutige Klassifizierung in einen physikalischen Test.

4. Die manuelle Prüfstation

Eine Prüfposition ist kein Versagen der Automatisierung. Sie ermöglicht es den automatisierten Stationen, mit einer Empfindlichkeit eingestellt zu werden, die sämtliche Fälle erfasst, ohne eine Warteschlange an Entscheidungen zu erzeugen, die niemand lösen kann.

Wofür die Prüfung dient

Die Prüfung behandelt Fälle, bei denen das Bild die Klassen nicht eindeutig trennt: eine Markierung, die entweder ein Kratzer oder getrocknetes Kühlmittel sein könnte, ein Fleck, der entweder Porosität oder ein Abplatzung sein könnte. Eine Person mit einer Beleuchtung und einer Vergrößerung schaut einmal hin und trifft die Entscheidung – das dauert Sekunden und klärt die Frage endgültig.

Gewährleistung der Integrität der Prüfung

Die Gefahr besteht darin, dass die Prüfung zu einem Ort wird, an dem unter Zeitdruck alles durchgewinkt wird. Die Dokumentation der Entscheidung des Prüfers sowie die Stichprobenkontrolle dieser Entscheidungen im Labor halten die gesamte Entweichungsrate der Station messbar – statt sie lediglich anzunehmen.

Eine Prüfposition benötigt ebenfalls das richtige Werkzeug für die jeweilige Fragestellung. Eine Lupe und eine Lampe mit niedrigem Einfallswinkel klären einen Kratzer; eine Druckluftdüse klärt, ob eine Markierung lose Material ist; ein Endoskop klärt eine Bohrung, in die die Kamera nicht hineinsehen kann. Alle drei Geräte an der Prüfposition bereitzustellen, ist kostengünstiger, als das Teil zur erneuten Untersuchung an die Waschanlage zurückzuschicken.

5. Beleuchtung eines nassen Teils

Die unmittelbare Inspektion nach dem Waschen bedeutet, ein möglicherweise noch feuchtes Teil zu prüfen; Wasser verändert das Erscheinungsbild einer Oberfläche. Ein Wasserfilm füllt flache Kratzer aus und verbirgt sie; Wassertropfen erzeugen Lichtreflexe, die als Merkmale missdeutet werden können.

Die praktikable Lösung besteht entweder darin, nach dem Trocknen zu inspizieren, oder darin, ein nasses Teil zu akzeptieren und die Beleuchtung entsprechend auszulegen – etwa durch breit gestreutes Licht, das keine spiegelnden Abbilder der Tropfen erzeugt. Wo das Kriterium Trockenheit umfasst, bleibt nur die Inspektion nach dem Trocknen, denn ein nasses Teil lässt sich nicht auf Wasser beurteilen.

6. Rückmeldung des Ergebnisses an die Waschanlage

Eine Prüfstation erzeugt Daten, die nur dann nützlich sind, wenn sie die Personen erreichen, die darauf reagieren können. Die nützliche Darstellungsform ist eine Karte: welche Oberfläche, welcher Ort, wie oft und ob es sich bei dem Befund um einen Chip oder um einen Defekt handelt.

Eine Häufung von Chip-Befunden an einer Fläche weist auf ein Düsen- oder Filterproblem hin. Eine Häufung von Kratz-Befunden weist auf Handhabungs- oder Spannprobleme hin. Beides lässt sich innerhalb einer Schicht beheben – und beides bleibt unsichtbar in einem Bericht, der lediglich angibt, wie viele Teile durchgefallen sind.

7. Taktzeit und Position der Station

Die Prüfung nach dem Spülen konkurriert mit der Fertigungslinie um das Teil, und die Station muss es schnell genug freigeben, damit der Spüler nicht warten muss.

Drei Stationen in Folge

Bei Verwendung eines Roboters zur Kamerahaltung werden die drei Ansichten nacheinander am selben Bauteil erfasst; die Stationszeit entspricht daher der Summe aus Bewegungszeiten und Bildverarbeitungszeit. Bei einem Block, dessen Dauer einen erheblichen Bruchteil einer Minute beträgt, wird die Station daher häufig an einer Stelle mit kleinem Puffer platziert – statt direkt im Ausgangspfad der Waschanlage.

Stichprobenprüfung versus Vollprüfung

Die Prüfung jedes einzelnen Teils ist nur dann möglich, wenn die Stationszeit innerhalb des Takts liegt. Wo dies nicht der Fall ist, besteht der übliche Kompromiss darin, alle Teile an den Flächen mit dem höchsten Risiko zu prüfen und die übrigen Flächen nach einem Stichprobenplan zu auditieren. Dieser Kompromiss muss in der Spezifikation festgehalten werden, denn eine Station, die für die Vollprüfung beschafft, aber im Stichprobenbetrieb betrieben wird, erfordert eine andere Begründung.

Die Position bestimmt auch, was die Station nachweisen kann. Unmittelbar nach der Spülmaschine weist sie den Zustand des Teils als gespült nach; hundert Meter weiter in der Fertigungslinie weist sie den Zustand des Teils nach Transfer, Handhabung und eventuellem Warten nach – das ist eine andere Aussage und eine schwächere. Eine Station stromabwärts zu verschieben, ist auf einer Layoutzeichnung einfach, aber teuer hinsichtlich dessen, was sie dann nicht mehr erklären kann. Dasselbe gilt für die Platzierung nach einem Puffer oder nach dem Abkühlen, wo Kondensation und Handhabung die Oberfläche bereits verändert haben.

Häufig gestellte Fragen

Sollte die Station vor oder nach dem Trocknen angeordnet werden?

Nach dem Trocknen, falls die Trockenheit Teil des Akzeptanzkriteriums ist, denn Wasser auf der Oberfläche erschwert sowohl die Beurteilung der Oberfläche als auch die Beurteilung der Trockenheit. Nur vor dem Trocknen, falls der Prozess keine Trockenheitsanforderung enthält.

Wie klein ein Fehler erkannt werden kann?

An maschinell bearbeiteten Blockoberflächen sind Fehlerkonturen im Halb-Millimeter-Bereich mit einer hochauflösenden Kamera und diffusen Licht erkennbar. Kleinere Merkmale erfordern ein engeres Sichtfeld und mehr Stationen.

Ersetzt die Station den Sauberkeitstest?

Nein. Die Oberflächeninspektion findet das, was auf einer Fläche sichtbar ist; der Sauberkeitstest misst das, was aus einem Bereich extrahiert wird, einschließlich Material in Durchgängen. Beide beantworten unterschiedliche Fragen, und beide sind erforderlich.

Wie wird die Station validiert?

Mithilfe eines Satzes von Teilen mit bekannten Fehlern und bekannter Spänekontamination, die beide wiederholt präsentiert werden. Eine Station, die ausschließlich an sauberen Teilen getestet wurde, hat nichts über ihre Erkennungsrate bewiesen.

Fazit

Die unmittelbare Inspektion nach dem Wascher verwandelt einen späten Ausfall in ein Signal innerhalb der gleichen Schicht und trennt Späne von Gussfehlern an dem einzigen Punkt, an dem die Unterscheidung eindeutig ist. Drei Stationen decken die Oberflächen ab; die Prüfposition behandelt das, was das Bild nicht eindeutig klären kann.

Die Station lohnt sich nur, wenn ihre Ausgabe die Waschanlage als Standortkarte und nicht als Durchlaufquote erreicht. Eine Fehleranzahl sagt niemandem, welche Düse überprüft werden muss.