Lastenheft Bildverarbeitungssysteme (BVS)

© ZF Friedrichshafen AG

Lastenheft Bildverarbeitungssysteme (BVS)Tom Schwichtenberg | PBPM1 | ZF Getriebe Brandenburg GmbH

© ZF Friedrichshafen AG© ZF Friedrichshafen AG09.09.2019 | PBPM1 | Lastenheft Bildverarbeitungssysteme (BVS) 2

2. Ausgangszustand (IST-Zustand)

3. Aufgabenstellung (Soll-Zustand)

4. Anforderungen an die Systemtechnik

5. Anforderungen an die Qualität

6. Anforderungen an die Inbetriebnahme und den Einsatz

1. Einführung in die industrielle Bildverarbeitung

7. Anforderungen an die Projektabwicklung

8. Schnittstellen

9. Rand-/ Rahmenbedingungen

Agenda


01Einführung in die industrielle Bildverarbeitung


Einführung in die industrielle Bildverarbeitung

09.09.2019 | PBPM1 | Lastenheft Bildverarbeitungssysteme (BVS) 4

Jedes Unternehmen, so auch die ZF Brandenburg GmbH, muss zur Sicherung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit den Automatisierungsgrad der Fertigung stetig erhöhen. Aber auch das veränderte Qualitätsbewusstsein und die Qualitätsnormen machen die Bildverarbeitungssysteme (BVS) zunehmend interessanter als zuverlässiges Prüfungsmedium und steht damit als neue Schlüsseltechnologie zur Verfügung.

Ein BVS wird dann eingeführt, wenn Qualität und Effizienz durch Beseitigung von Mängeln, Überprüfung der Montage sowie die Erfassung von Informationen eine Steigerung in der Wertschöpfung bringt.


02Ausgangszustand (IST-Zustand)


Ausgangszustand (IST-Zustand)

• Die ZF Getriebe Brandenburg GmbH (kurz ZF) setzt bereits an verschiedenen Stationen

industrielle BVS erfolgreich ein

• Die Anlagen wurden zum Teil von verschiedenen Herstellern integriert und programmiert

• Die Auswahl der Kamerasysteme sind durch die allgemeinen Lieferbedingung begrenzt auf zwei Hersteller:

• Cognex

• Keyence

• Mit den Systemen arbeiten 3 Benutzergruppen:

• Der Bediener; die Instandhaltung und der Programmierer (Admin)

(B) (I) (P)



03Aufgabenstellung (Soll-Zustand)


Aufgabenstellung (Soll-Zustand)

• Im Zuge der stätigen Weiterentwicklung des Unternehmens ist es erforderlich neue Applikationen und Anlagen zu entwickeln um die gestellten Aufgaben automatisiert zu erfüllen

• Die Aufgaben werden im allgemeinen Lastenheft näher definiert

• Zur Erfüllung der Aufgabenstellung sollten auch extern einwirkende Einflüsse:

• Sonneneinstrahlung,

• Ölnebel, -Spritzer,

• Bedienereinfluss,

• Reflektierende Bauteile, …)

• → auf das bestehende oder neue System bekannt sein. Sollte dies nicht mit in der

Aufgabenstellung benannt sein, dann ist es die Aufgabe des Leistungserbringers diese Informationen einzuholen.



04Anforderungen an die Systemtechnik


Anforderungen an die Systemtechnik

a) Varianzen der BVS gering Halten

• Der Auftragnehmer sucht Systeme nach vorgaben der allg. Lieferbedingung ZF BRB aus und stimmt diese mit dem Auftraggeber ab. Dadurch wird im Wartungsfall das schnelle Austauschen durch ZF-Lagerteile gewährleistet

b) Bei Auswahl von Cognexsystemen ist „Vision Pro“ nur nach Absprache mit dem Auftraggeber zulässig. Es wird ausdrücklich „In-Sight“ empfohlen

• Fehlende Bedienoberflächen und kein Personal zur Wartung vorhanden

c) Wenn möglich, festangebaute Scanner, statt Handscanner verwenden

d) Die Kamera mit mindestens 2 Fixierungen (z.B. Schrauben) an einer Halterung befestigen

e) Wenn Kameras zugestellt werden müssen (Blickwinkelveränderung), dann muss diese Automatisch erfolgen (z.B. durch Druckluftzylinder, Linearachsen, Roboter, …)




f) Um im Wartungsfall die Kamera schnell wechseln und einstellen zu können, muss die Halterung mit Anschlägen ausgestattet sein, die ggf. mit einem Nonius arretierbar sind

g) Wenn die Kamera im unmittelbaren Tätigkeitsbereich eines Werkers steht, dann ist eine Sicherung der Kamera zum Schutz dieser notwendig (z.B. Käfig).

h) Spritzschutz vor der Kamera (bzw. dem Objektiv)




Auslegung der Mindestpixelanzahl für Messkamera:

In PPM (Pixel pro Modul) ein Modul entspricht die Stärke des zu lesenden Codes.

Vorgaben für Barcode und Text: mindestens 2PPM

Vorgaben für Datamatrix und vergleichbare Codes: Untere Grenze 3PPM, Ideal 5PPM und mehr Pixel

Vorgabe bei Code auf Gussteilen: untere Grenze 5PPM

Beispiel:

Strichstärke Barcode 1mm, dann müssen 2 Pixel für 1mm entsprechen für eine stabile Kontrolle

Oder

FoV (Sichtfeld): 200x200mm; Modulgröße (Pixel): 2PPM; Modulgröße (mm): 0,1mm

0,1 / 2 = 0,05mm/Pixel

200mm / 0,05 = 4000 Pixel werden benötigt



05Anforderungen an die Qualität


Anforderungen an die Qualität

Sicherstellung der Qualität:

• Es soll die Möglichkeit der Deaktivierung der Merkmalsauswertung geben (z.B. durch eine Checkbox) → Das abwählen muss aber eine Warnmeldung zu Steuerung (i.d.R. SPS) zur

Folge haben

• Zeichnungsgerechte Beschriftung der Funktionen im Programm, so sind Bauteile nicht nach optischen Bedingungen sondern nach der ZF-Benennung zu bezeichnen. BSP. Fehlerhaft: „Bauteil oben rechts im Bild“ → Richtig: „ Bauteil XY“

• Die Programmwahl (Job in der Kamera), wird nicht durch die SPS-Programmierung vorgegeben, sondern erfolgt aus der Rezeptdatenbank von ZF und wird über die SPS an das BVS weitergegeben

• Minimierung von externen Einflüssen in folgender Reihenfolge:1) Einhausung der Prüfung2) Verwenden von Filtertechniken (z.B. IR-Filter) um Umgebungslicht zu minimieren3) Abdunkeln so weit wie möglich



Anforderungen an die Qualität

Erleichterte Bedienbarkeit zur Fehlervermeidung:

• Eine definierte Oberfläche für Parameterwahl, ggf. für die nachjustieren Mustererkennung

• Ein Einstell-/Einrichtprogram zum Installieren der Kamera muss vorhanden sein



06Anforderungen an die Inbetriebnahme und den Einsatz


Anforderungen an die Inbetriebnahme und den Einsatz

Aufbau der Programmierung:

• Einfache Prüfaufgaben, sind bei Cognex mit Easy Builder zu programmieren (keine Tabellenprogrammierung)

• Je Prüfmerkmal wird im Produktionsnetz ein Merkmal verwendet

• alle aktiven Prüfungen, sind im oberen Bereich der Tabelle zu setzen, inkl. iO/niO Anzeige

• Kennzeichnung Prüfschritte (Konturprüfung oder Anwesenheit Dichtung)

• Anpassung Werkzeuge, erfolgt über einen Extra-Baustein (kein anklicken der Werkzeuge mehr erforderlich), vergleichbar Anpassung Mustererkennung

Struktur:

• Die ersten Zeilen dienen der Übersicht über Anzahl der Prüfungen und deren Status

• Anschließend folgen beschriftet jede Prüfung nachvollziehbar, wichtige Parameter welche zum nachregeln erforderlich sind, werden separat abgelegt und beschriftet (siehe BSP.)




BSP: Mustererkennung

BSP: Parametrierung von Prüfwerkzeuge


Einstellung von Filterwerkzeuge



BSP: Darstellung von

io/niO Prüfungen

BSP: Einrichtprogramm




Einstellungen der Kamera:

• Eingestellte Bilderspeicherung IO- sowie NIO-Bilder mit Getriebenummer, Datum, Uhrzeit

• Bilderspeicherung nach Prüfmerkmale

• Kameraname nach Stationsnummer

Hinweise, Empfehlungen, was hat sich bewährt:

• Mehrfach Trigger bei Rillenschema-& Sicherungsringprüfung



07Anforderungen an die Projektabwicklung


Anforderungen an die Projektabwicklung


Abnahme von Kamerasysteme

• Eine Prozesseignung für jedes Prüfmerkmal (siehe Lastenheft) muss vor der betriebsbereiten Übergabe (BÜ) erfolgt sein

• Die Prozesseignung erfolgt mit 25x IO- und NIO Prüfung (jeweils mit öligen Bauteilen)

• Referenzbild → Einrichtbild pro Kamerajob,

muss an ZF übergeben worden sein

• Dokumentation, Bedienungsanleitung mit Schnittstellenbeschreibung

• Datensicherung + Einrichtprogramm

• Eindeutige Beschriftung/ Kennzeichnung der Kamera nach ZF-Standard

• EA durch Prüflauf der Bilder der letzten 7 Tage


08Schnittstellen


Schnittstellen

Hardware:

• Die i.B. Kommuniziert per TCP/IP mit der Steuerung in der betreffenden Anlage

Die genauen Schnittstellendaten sind bei ZF zu erfragen

• Über TCP/IP wird auch das jeweilige Bild und die Prüfergebnisse dargestellt

• Zur Triggerung und Merkmalsauswertung können bei bestehenden Systemen auf die diskreten Ein- und Ausgänge zurückgegriffen werden

Software: siehe Anforderungen an den Einsatz

Bedienung:

Der Bediener (B) – Eingeschränkten Zugang zum Programm, nur ausgewählte Parameter

Die Instandhaltung (I) – Parameter zur Bedienung & zur Installation

Programmierer (Admin) (P) – Uneingeschränkter Zugang



09Rand-/ Rahmenbedingungen


Rand-/ Rahmenbedingungen

• Im Zuge der Gewährleistung, bzw. der Nachkontrolle kann bei Prozessstörungen (Nichterkennen der Merkmalen) eine Nacharbeit von ZF verlangt werden. In der Regel werden dafür dem Auftragsnehmer IO/NIO-Bilder zur Verfügung gestellt, anhand dieser dann eine Programmkorrektur vornimmt. Sollte dieses nicht zum Erfolg (Prozesssichere Erkennung von Merkmalen) führen, so ist eine Nacharbeit Vorort erforderlich.

• Eine Nachkontrolle der IO/NIO Bilder muss erfolgen, frühestens nach 7 Tagen

• Ein Anpassen und Ändern der Programme, und damit auch der Merkmale muss ZF gegeben sein. (z.B. bei einer Rillenprüfung muss das Prüfmerkmale die Anzahl und Lage der Rille veränderbar sein)

Bei Bestellungen einer kompletten Anlage/Maschine/Station

• Getrennte Auflistung im Angebot von Anlage und industriellen BVS (Dadurch ist eine getrennte Abnahme von Anlage und BVS (Prozesseignung) möglich


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