DE4307590C2 - Vorrichtung zur visuellen Kontrolle eines Prüflings - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur visuellen Kontrolle eines Prüflings auf Fehler durch einen inspizierenden Kontrolleur.

Im Bereich der Qualitätsicherung von Produkten sind verschiedene Vorrichtungen zur Durchführung von Inspektionsverfahren bekannt, mit denen die Qualität der Produkte überprüft wird und gegebenenfalls Produktionsfehler entdeckt werden.

Die eingesetzten Verfahren variieren von einfachen visuellen Inspektionsverfahren, die besonders geschultes Personal erfordern bis zu vollautomatischen Verfahren.

Bei den vollautomatischen Verfahren wird das Produkt einem Funktionstest unterworfen oder mit fehlerfreien Musterprodukten verglichen. Selbstverständlich kann auch ein Vergleich in Kombination mit einem Funktionstest durchgeführt werden.

Beispielsweise kann das von einer Kamera bzw. einem Kamerasystem aufgenommene Bild eines Produkts von einem Computer mit dem gespeicherten Bild eines fehlerfreien Musters verglichen werden und das geprüfte Produkt bei Abweichungen von diesem Bild auch automatisch ausgesondert werden. Hierfür können mit einer geeigneten Software entsprechende Kriterien und Grenzwerte erstellt werden.

Aufgrund der relativ hohen Kosten von vollautomatischen Inspektionssystemen werden bei der Fertigung von kleineren Serien in der Regel keine vollautomatischen Inspektionssysteme eingesetzt. Vielmehr wird eine visuelle Kontrolle durch geschultes Personal vorgenommen, die mit einem zumindest weitgehend automatisierten Funktionstest verbunden sein kann.

Bei diesen visuellen Inspektionsverfahren wird das Produkt von einer angelernten Kraft, einem Kontrolleur bzw. einer Kontrolleurin, auf Fehler hin untersucht. Wird ein Fehler festgestellt, so wird der Fehler registriert, um Fehlerhäufungen festzustellen und mittels einer Auswertung weiterer Daten, wie zum Beispiel der produktspezifischen Fertigungsdaten einen Aufschluß über die Fehlerursache zu erhalten und so den Produktionsprozeß optimieren zu können.

Üblicherweise wird hierzu von dem Kontrolleur auf einer Karteikarte oder einem Laufblatt, zumindest vermerkt, daß das Produkt einen Fehler aufgewiesen hat. Zur Verfeinerung der Auswertung kann ferner die Art des Fehlers sowie sein Ort und eventuell die Qualität des Fehlers notiert werden. Dabei können diese Angaben vom Kontrolleur auch direkt in einen Computer eingegeben werden.

Ein solches System ist beispielsweise aus dem Artikel "Freie Bahn - Erfassen und Auswerten von Lötfehlern -" in der Zeitschrift Elektronik Praxis Nr. 1-7. Januar 1993 bekannt.

In diesem Artikel wird ein Inspektionsverfahren beschrieben, das in der Fertigung von maschinengelöteten Baugruppen eingesetzt wird, dabei erfolgt eine visuelle Überprüfung des Prüflings, wegen der geringen Größe der Lötstellen am Mikroskop, durch eine angelernte Kraft. Am Arbeitsplatz ist weiterhin ein Personal Computer (PC) vorhanden, an dessen Bildschirm das Layout der Baugruppe angezeigt wird. Wird nun von dem Kontrolleur ein Lötfehler erkannt, gibt dieser am PC den Fehlertyp und den Fehlerort ein. Die Eingabe kann mittels einer sogenannten Maus erfolgen, mit der der identifizierte Fehlertyp aus einer Typauswahl am Bildschirm angeklickt wird und auf dem Layout der Fehlerort angeklickt wird, so daß eine Eingabe über die Tastatur nicht erforderlich ist.

Der Arbeitsablauf des Kontrolleurs besteht also aus den folgenden Schritten: Positionieren des Prüflings unter dem Mikroskop, Begutachten des Prüflings im Mikroskop, Eingabe des Inspektionsergebnisses in den Computer.

Dieses Verfahren ist relativ zeitaufwendig und darüberhinaus für den Kontrolleur sehr ermüdend, da die Augen stark gefordert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung eines visuell, manuell durchzuführenden Inspektionsverfahrens zu schaffen, die rationell und benutzerfreundlich ist.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1 und 2 gelöst.

Den erfindungsgemäßen Vorrichtungen liegt der gemeinsame Erfindungsgedanke zugrunde, die Eingabe des Fehlerortes bei Betrachtung des Prüflings durchzuführen, damit der Kontrolleur nicht laufend zwischen Prüfling und Bildschirm oder Karteikarte hin- und herschauen muß, was erfahrungsgemäß zu einer schnellen Ermüdung der Augen führt.

Gemäß der Vorrichtung nach Patentanspruch 1 wird hierzu das Bild des Prüflings, aufgenommen durch eine Kamera, auf den Bildschirm eines Computers übertragen und mittels einer Zeigeeinrichtung der Fehlerort angesteuert und der Fehler eingegeben. Dabei muß der Prüfling selbstverständlich an einer bestimmten Stelle positioniert werden, da sich sonst die Koordinaten der Zeigeeinrichtung nicht den Koordinaten des Fehlers am Prüfling zuordnen lassen.

Als Zeigeeinrichtung kann beispielsweise eine Maus oder ein Lichtgriffel verwendet werden. Um nicht nur den Fehlerort sondern auch die Fehlerart eingeben zu können, muß die Eingabe differenziert erfolgen. Hierzu kann beispielsweise am Bildschirm eine Auswahl von Fehlertypen angezeigt werden, von denen dann zunächst einer ausgewählt wird und anschließend der Fehlerort eingegeben wird oder umgekehrt.

Um die Fehlererkennung zu erleichtern kann die Kamera mit einer Zoommöglichkeit versehen sein, mit der ausgesuchte Ausschnitte des Prüflings genauer betrachtet werden können. Ebenso kann die Kamera beweglich vorgesehen werden, um bestimmte Bereiche anzusteuern oder den Blickwinkel zu verändern. In diesen Fällen müssen die jeweiligen Kameraparameter zu dem Computer übertragen werden, um mittels einer geeigneten Software die Zuordnung der Koordinaten zu ermöglichen.

Es ist auch möglich als Zeigegerät ein Gerät zu verwenden, das die Stellung der Pupille des Kontrolleurs erfaßt und aus dieser ermittelt, wohin der Kontrolleur gerade blickt. Betrachtet der Kontrolleur den Fehler und gibt simultan hierzu eine Fehlereingabe ab, kann das System den Fehlerort aus der Stellung der Pupillen ermitteln, ohne daß vom Kontrolleur ein Zeigegerät manuell bedient werden muß. Geräte zur Erfassung der Pupillen-Position sind heute bereits verfügbar, jedoch dürfte ein solches System heute im Regelfall zu aufwendig sein, um dieses ökonomisch einsetzen zu können. Ein solches System erlaubt jedoch nicht nur eine schnellere Durchführung der Fehlerinspektion, sondern macht den Arbeitsplatz auch für Personen mit bestimmten köperlichen Behinderungen geeignet. Auf diesen Aspekt soll jedoch später in Zusammenhang mit einer weiteren Weiterbildung noch detailierter eingegangen werden.

Gemäß der Vorrichtung nach Patentanspruch 2 wird der Prüfling auf einer bestimmten Stelle einer bewegbaren Eingabeeinheit positioniert und mittels einer Kamera im Bildschirm des Computers betrachtet. Dabei wird im Bildschirm ein Zielbereich, beispielsweise in Form eines Fadenkreuzes, angezeigt, in den der erkannte Fehler durch geeignetes Bewegen des Prüflings auf der Eingabeeinheit bewegt wird. Diese Bewegungskoordinaten werden von der Eingabeeinheit zum Computer übertragen, um die Zuordnung der Koordinaten des Fehlers zu denen des Zielbereichs zu ermöglichen. Befindet sich der Fehler im Zielbereich, erfolgt die Fehlereingabe durch den Kontrolleur. Zur Eingabe verschiedener Fehlertypen kann in der beschriebenen Weise verfahren werden. Auch bei diesem Verfahren kann die Fehlererkennung über eine Zoomfunktion der Kamera erleichtert werden. Da sinnvoller Weise der Zielbereich in der Zoomachse sitzt, wird dabei jedoch durch das Zoomen nur die Auflösung verbessert, ohne daß dadurch die Zuordnung der Koordinaten beeinflußt würde, eine Datenübertragung zwischen Kamera und Computer ist daher nicht erforderlich.

Selbstverständlich können die Vorrichtungen nach den Patentansprüchen 1 und 2 auch kombiniert werden und sowohl der Prüfling als auch der Zielbereich mittels einer Zeigereinrichtung bewegt werden, wodurch die Zuordnung der Koordinaten jedoch erschwert wird. Zusätzlich könnte sogar die Kamera noch bewegt werden.

Die Vorrichtung kann so ausgebildet sein, dass der Prüfling an einer bestimmten Stelle einer bewegbaren Eingabeeinheit positioniert und über eine Sehhilfe betrachtet wird, bei der ein Zielbereich in das Blickfeld des Kontrolleurs eingeblendet wird. Bei der Sehhilfe kann es sich um optische Einrichtungen, wie ein Mikroskop handeln. Es können aber auch Einrichtungen verwendet werden, die dazu dienen, nicht sichtbare Kriterien zum Beispiel nicht sichtbare Strahlung, die zur Prüfung verwendet bzw. ausgenutzt wird, sichtbar zu machen, wie beispielsweise ein Rasterelektronenmikroskop, eine Röntgeneinrichtung oder eine Einrichtung zur Sichtbarmachung von IR-Strahlung oder Ultraschall.

Der Prüfling wird so bewegt, daß der erkannte Fehler in den Zielbereich gebracht wird, anschließend wird vom Kontrolleur die Fehlereingabe durchgeführt. Die Eingabeeinheit gibt die Bewegungskoordinaten an den Computer weiter, der dann im Moment der Fehlereingabe den Fehlerort auf dem Prüfling ermittelt. Zur Differenzierung der Fehlertypen können vom Kontrolleur unterschiedliche Eingaben vorgenommen werden. Ist die Anzahl der Fehlertypen nicht zu groß, kann dies über unterschiedliche Eingabetasten erfolgen. Die Eingabe kann auch über ein Strichcodelesegerät erfolgen, sofern die Fehlertypen mit einem Strichcode versehen sind. Es ist jedoch auch möglich, in das Blickfeld des Kontrolleurs eine Fehlerauswahl einzublenden, bei der dieser den entsprechenden Fehlertyp auswählt und eine Fehlereingabe abgibt.

Die Bewegung des Prüflings auf der bewegbaren Eingabeeinheit kann direkt durch den Kontrolleur erfolgen, es ist jedoch auch möglich, die Bewegung indirekt beispielsweise über einen Trackball oder Ähnliches mittels einer Antriebseinheit vorzunehmen.

Für Bewegungen in zwei Richtungen sind sogennannte Koordinatentische brauchbar, die üblicherweise von einem Computer aus über eine Maus oder einen Trackball gesteuert werden. Jedoch ist es häufig erforderlich, den Prüfling zusätzlich auch drehen und/oder kippen zu können. Doch auch für solche komplexeren Bewegungen um mehrere Achsen gibt es entsprechende computergesteuerte Bewegungseinheiten.

Werden computergesteuerte Bewegungseinheiten zur Bewegung des Prüflings verwendet, werden diese vorteilhafter Weise gleichzeitig als Eingabeeinheit benutzt, da die Bewegungskoordinaten ohnehin im Computer vorliegen.

Die Steuerung der Bewegungseinheit kann vorteilhaft über einen Dummy-Prüfling erfolgen, dabei wird ein dem Prüfling entsprechendes Bauteil auf ein Steuergerät montiert, das die am Dummy-Prüfling durch den Kontrolleur durchgeführten Bewegungen auf die Bewegungseinheit des Prüflings überträgt, die den Prüfling in die selbe Position wie den Dummy-Prüfling bringt. Diese Steuerung der Bewegungseinheit hat gegenüber einer Steuerung mittels Maus oder Trackball den Vorteil, daß der Kontolleur sich nicht erst mit der Zuordnung der Bewegungen von Trackball oder Maus zur Bewegung des Prüflings vertraut machen muß. Besonders bei der Umschulung von Personal, das es bisher gewohnt war, den Prüfling direkt mit der Hand zu bewegen, ist dies ein großer Vorteil.

Die Bewegung des Prüflings mittels einer Bewegungseinheit hat gegenüber der direkten Bewegung durch den Kontrolleur den Vorteil, daß der Prüfling nicht berührt werden muß, was beispielsweise bei hochempfindlichen elektronischen Baugruppen von Bedeutung ist. Mit diesem System kann sogar in Reinsträumen gearbeitet werden, die vom Kontrolleur abgeschirmt sind. Der Transport und die Be- bzw. Entladung der im Reinstraum angeordneten Prüfeinrichtung erfolgt dabei durch Roboter oder Fördersysteme.

Durch die Möglichkeit, den Prüfling mittels einer bewegbaren Eingabeeinheit zu bewegen eignet sich die Vorrichtung besonders für eine weitere Automatisierung. Nach einer bestimmten Stückzahl von Prüflingen, steht in der Regel fest, welche Fehler an welchen Stellen des Produkts auftreten; es ist daher möglich, um das gesamte Inspektionsverfahren zu verkürzen, das Produkt gezielt nur an diesen Problemzonen auf Fehler zu überprüfen, ohne daß dadurch die Qualitätskontrolle wesentlich verschlechtert würde.

Mittels der bewegbaren Eingabeeinheit ist es nun möglich, diese von einem Computer aus so zu steuern, daß ohne Zutun des Kontrolleurs nacheinander die bekannten Problemzonen angefahren werden. Die Weiterfahrt zur nächsten Problemzone kann dabei nach einem festgelegten Zeitintervall erfolgen, in dem der Kontrolleur die Fehlereingabe erledigen kann, oder die Weiterfahrt wird durch die Eingabe des Kontrolleurs ausgelöst.

Auf diese Weise können Prüfabläufe vorgegeben werden, die das System auch selbst erstellen kann. Über ein sogenanntes Teach- In, das das System mit einer geeigneten Software weitgehend selbstständig durchführen kann, kann das System auf der Basis einer gewissen Anzahl von Total-Inspektionen die Problemzonen selbst erkennen. Nach der vorbestimmten Anzahl von Total- Inspektionen beispielsweise 50, geht das System selbständig auf einen vorgegebenen Prüfablauf über, bei dem es die Steuerung der Eingabeeinheit und damit die Bewegung des Prüflings übernimmt. Nach einer weiteren vorbestimmten Anzahl von vorgegebenen Prüfabläufen beispielsweise 500, kann wieder selbstständig eine bestimmte Anzahl von Total-Inspektionen durchgeführt werden, um sicherzustellen, daß nicht zwischenzeitlich neue Problembereiche, beispielsweise durch Verschleiß der Produktionsmittel, aufgetreten sind. Sollte sich dabei herausstellen, daß neue Problemzonen hinzugekommen sind und/oder alte Problembereiche nicht mehr bestehen, kann der vorgegebene Prüfablauf für die nachfolgenden Inspektionen entsprechend selbständig geändert werden, so daß das System eine gewisse Lernfähigkeit besitzt.

Es kann selbstverständlich auch bei vorgegebenen Prüfabläufen dem Kontrolleur die Möglichkeit gegeben werden, Fehler einzugeben, die nicht in den Problemzonen liegen, jedoch trotzdem entdeckt worden sind.

Bei der Vorrichtung nach Anspruch 1 bei der der Prüfling nicht bewegt wird, wird die Problemzone am Bildschirm besonders hervorgehoben, eventuell auch vergrößert wiedergegeben, so daß der Kontrolleur sein Augenmerk nur diesen Problemzonen widmen muß.

Wird am Bildschirm ein Zielbereich beispielsweise in Form eines Fadenkreuzes bewegt, kann diese Bewegung des Zielbereichs zu den bekannten Problembereichen mit Hilfe eines vorgegebenen Prüfablaufes selbsttätig erfolgen.

Um die Durchführung der Inspektion zu beschleunigen, ist es möglich, die Eingaben des Kontrolleurs über ein sogenanntes "Voice-Contol-System" vorzunehmen. Dabei kann sowohl die Eingabe, daß ein Fehler vorhanden ist über die Stimme des Kontrolleurs erfolgen, als auch die Eingabe des Fehlertyps. Üblicherweise ist die Anzahl der Fehlertypen durchaus überschaubar; die Eingabe von 10 bis 20 unterschiedlichen Fehlertypen mittels Voice-Control ist daher zumindest nach einem Training des Systems auf die Stimme des Kontrolleurs kein Problem.

Ein solches Voice-Control-System ist darüberhinaus auch von Personen bedienbar, die aufgrund von Lähmung oder anderer Körperbehinderungen nicht in der Lage sind, manuelle Systeme zu bedienen. Mit den beschriebenen Vorrichtungen ist es möglich, in der Qualitätsicherung beispielsweise querschnittsgelähmte Kräfte einzusetzen, die ansonsten praktisch überhaupt nicht in den Arbeitsprozeß einzugliedern sind, was jedoch vor allem im Interesse der Betroffenen ausgesprochen erstrebenswert ist.

Selbstverständlich ist "Voice-Control" auch zum Positionieren des Prüflings oder des Zielbereichs geeignet.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau der Prüvorrichtung zur Durchführung des Inspektionsverfahrens.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Prüfling 1 auf einem Koordinatentisch 2 angeordnet. Von einer Kamera 3 wird ein Bild des Prüflings 1 aufgenommen und an einen Computer 4 übermittelt, der dieses Bild auf seinem Bildschirm 6 wiedergibt. Im Zentrum des Bildschrims 6 wird ein virtuelles Fadenkreuz 7 erzeugt; befindet sich der erkannte Fehler im Zentrum des Fadenkreuzes 7 erfolgt die Fehlereingabe durch den Kontrolleur, die später noch genauer erläutert wird.

Der Prüfling 1 ist auf dem elektromotorisch bewegbaren Koordinatentisch 2 in einer nur angedeuteten Lehre 8 eingelegt, die nur ein seitenrichtiges Einlegen des Prüflings 1 an einer bestimmten Position gestattet. Die Bewegung des Koordinatentisches 2 unter der Kamera 3 erfolgt über den Computer 4 mittels einer Maus 5.

Zunächst betrachtet der Kontrolleur auf dem Bildschirm den Prüfling 1. Hat der Kontrolleur einen Fehler erkannt, steuert er mit der Maus 5 den Koordinatentisch 2, so daß der Fehler in das Zentrum des Fadenkreuzes 7 am Bildschirm 6 kommt. Befindet sich der Fehler im Zentrum des Fadenkreuzes 7 erfolgt die Fehlereingabe mittels der ersten Taste der Maus. Zur Eingabe des Fehlertyps drückt der Kontrolleur die zweite Taste der Maus und schaltet auf die Bildschirmebene um. Mit der Bewegung der Maus 5 wird nun ein Zeiger 10 am Bildschirm 6 gesteuert, mit dem aus einer Fehlertypenauswahl 9 am rechten Bildschirmrand ein bestimmter Fehlertyp ausgewählt werden kann. Ist der Zeiger 10 auf dem ausgewählten Fehlertyp positioniert erfolgt die Eingabe über die erste Taste 11 der Maus 5. Mittels der zweiten Taste 12 kann von der Bildschirmebene wieder zum Koordinatentisch 2 zurückgeschaltet und der Koordinatentisch entsprechend bewegt werden.

Optional arbeitet das beschriebene System mit einer Kamera 3 mit Zoomfunktion. Dadurch wird das Überprüfen von kleinen Details des Prüflings 1 erleichtert. Die Steuerung der Kamera 3 kann ebenfalls über die Maus 5 erfolgen. Dabei wird eine Maus 5 mit drei Tasten verwendet, wobei mit der dritten Taste 13 die Maus 5 zur Steuerung des Kamerazooms umgeschaltet wird.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur visuellen Kontrolle eines Prüflings auf Fehler durch einen den Prüfling inspizierenden Kontrolleur
mit einer Aufnahmeeinrichtung (8), die den Prüfling (1) nur in einer vorbestimmten Position aufnimmt,
mit einer Kamera (3), die ein Bild des Prüflings aufnimmt und an einen Computer (4) übermittelt,
mit einem bewegbaren Zeigegerät (5, 10), mit dem fehlerhafte Bereiche des Bildes vom Kontrolleur ansteuerbar sind, deren Positionskoordinaten an den Computer (4) übermittelt werden.

2. Vorrichtung zur visuellen Kontrolle eines Prüflings auf Fehler durch einen den Prüfling inspizierenden Kontrolleur
mit einer Bewegungseinheit (2) und einer darauf angeordneten Aufnahmeeinheit (8), die den Prüfling (1) nur in einer vorbestimmten Position aufnimmt und die Bewegungskoordinaten an einen Computer (4) abgibt,
mit einer Kamera (3), die ein Bild des Prüflings aufnimmt und an den Computer (4) übermittelt
mit einem auf dem Bildschirm (6) des Computers (4) markierten Zielbereich (7), wobei der Prüfling (1) so bewegt wird, daß ein vom Kontrolleur erkannter Fehler in den Zielbereich gebracht und eine Fehlereingabe durchgeführt wird und die zu diesem Zeitpunkt ermittelten Bewegungskoordinaten den Fehlerort auf dem Prüfling kennzeichnen.