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Verfahren und Einrichtung zur Regelung eines Gütekennzeichens von Erzeugnissen nach einer statistischen Methode
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Gütekennzeichens von Erzeugnissen unter Anwendung von Methoden der mathematischen Statistik und gibt einige Schaltungen von Einrichtungen als Beispiele der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens an.
Die Anwendung statistischer Methoden zur Regelung von Fabrikationsprozessen erlangt überall daBedeutung, wo die zu regelnde Grösse (das sogenannte Gütekennzeichen) einen statistischen Charakter aufweist, d. h. mit zufälligen Abweichungen behaftet ist. Diese Bedingung ist praktisch bei der Mehrheit aller Fabrikationsprozesse erfüllt. Bei Durchführung solcher Regelungsverfahren werden ein oder mehrere Gütekennzeichen messtechnisch erfasst, welche durch Abmessungen, Gewichte, Rauminhalt, Strahlungintensität und fallweise auch andere Eigenschaften interpretiert werden können. In der Beschreibung der Erfindung ist zwar nur von einem Gütekennzeichen die Rede, aber selbstverständlich kann durch geeignete Kombination mehrerer Geräte auch die gleichzeitige Regelung mehrerer Gütekennzeichen erreicht werden.
Die Anwendung von Methoden'der mathematischen Statistik in der Fertigung ist bekannt und führte zu beachtenswerten Erfolgen und Fertigungskostensenkungen. Sie erlauben eine beinahe beliebige Genauigkeit beim Feststellen von Grössen, welche Lage oder Streuung, fallweise auch Lage und Streuung des zu erfassenden Wertes charakterisieren. Die charakteristische Verteilung des untersuchten Gütekennzeichens wird aus den Ergebnissen einer oder mehrerer Messreihen unter Anwendung mathematisch-statistischer Methoden gewonnen. Durch Vergleich der so gewonnenen charakteristischen Werte mit vorgeschriebenen wird festgestellt, ob der Unterschied von Bedeutung ist. Ist der Unterschied (in statistischer Hinsicht) bedeutend, wird Vorsorge getroffen, dass das Gütekennzeichen den vorgeschriebenen Wert erreicht.
Diese Methoden haben den Nachteil, dass sie kompliziert und zeitraubend sind und eine geschulte Kraft erfordern.
Es sind auch Einrichtungen (z. B. USA-P tentschrift 2, 767, 914) zum Durchführen einer solchen Regelung nach einer statistischen Methode bekannt. Die bekannten Vorrichtungen benutzen aber als die charakteristischen Werte die in der Statistik laufend gebrauchten Kennwerte : den arithmetischen Mittelwert X die Spannweite R (range) od. ähnl. geläufige statistische Parameter. Diese Kennwerte müssen zuerst in der Einrichtung aus den Messungen zusammengestellt werden und dann erst mit den vorgeschriebenen Grenzen verglichen werden. Aus dem Vergleichsresultat werden dann aus der statistischen Maschine austretende Impulse hervorgerufen, welche entweder zur Signalisation für die bedienende Kraft dienen oder direkt das Herstellungsverfahren beeinflussen.
Wenn z. B. der Mittelwert X als wirksames Kennzeichen benützt wird ; müssen einzelne Messungen in der Auswahlzahl n unternommen werden, welche die Apparatur zuerst zusammen addiert und sie dann durch die Zahl n dividiert. Natürlich benötigt dieses Verfahren eine ziemlich komplizierte mathematische Maschine. Die Benützung der andern in der Statistik gebräuchlichen Kennwerte hat mindestens solche oder noch viel verwickeltere Einrichtungen zufolge.
Dieser Nachteil kommt bei der vorliegenden Erfindung in Fortfall. Die erfindungsgemässe Methode vereinfacht die Anwendung statistischer Verfahren wesentlich und führt fallweise zu andern, für die gegebene Aufgabe vorteilhafteren, Charakteristiken. Die Grundlage der Erfindung ist die Anwendung eines
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arbeitet, welche der sogenannten Gruppen-Methode zugehören. Die Gruppen-Methode beruht darauf, dass die Auswahl von n Messungen nach dem Messresultat z.
B. in drei Gruppen oder Kategorien bezüglich der vorgeschriebenen Grenzwerte eingeteilt wird, u. zw. a) in die "gute" Gruppe g von Messungen, deren Messwerte innerhalb des angegebenen Kontrollereiches liegen, b) in die "übeorassige" Gruppe z+ von Messungen, deren Werte oberhalb der oberen Kontrollgrenze liegen und c) in die"untenrassige"Gruppez von Messungen, deren Werte unterhalb der unteren Kontrollgrenze liegen.
In manchen Fällen können sich anstatt drei Gruppen auch mehrere als vorteilhaft beweisen.
Aus der Anzahl der Messungen in den einzelnen Gruppen können über die statistische Verteilung Schlüsse gezogen werden ; so wächst z. B. bei einer Verzerrung der Verteilungsfunktion in Richtung der
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findung ist die Benützung von statistischen Kennwerten, welche aus der Summe S = z. +z und der Differenz r = z+ - z- abgeleitet werden, wie im weiteren noch erklärt wird.
Fig. 1 der beigelegten Zeichnungen stellt das Schema einer bekannten manuellen statistischen Regelung dar. Fig. 2 zeigt das Schema eines statistischen Auswertungsgerätes nach dem Prinzip der GruppenMethode. Fig. 3 zeigt das Prinzip eines automatischen statistischen Auswertgerätes.
In Fig. l ist das Schema eines statistischen Auswertgerätes zur Regelung eines Gütekennzeichens dar-
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se durch eine spitzelose Schleifmaschine realisiert sein kann, ist ein geeignetes Messgerät 2, beispielsweise ein elektromechanisches Messgerät, zugeordnet. Diese an sich bekannte Einrichtung vermittelt Informationen über das zu erfassendeGütekennzeichen in das mit einersignaleinrichtung 5 versehene statische Auswertgerät 3. In Fig. 1 ist eine dreikanalige Signaleinrichtung eingezeichnet, wobei die signalgebenden Elemente beispielsweise durch verschiedenfarbige Glühlampen dargestellt werden können.
Si- gnalgeber 51 vermittelt Information über die Genauigkeit, die Signalgeber 520 53 geben Anweisung, wie im Falle ungenauer Erzeugnisse die Gütekennzeichenquelle 1 (z. B. eine Werkzeugmaschine) korrigiert werden soll. So bedeutet z. B. Ansprechen des Signalgebers 52 (z. B. einer Glühlampe), das der Wert des Gütekennzeichens (Abmessung) vergrössert und Ansprechen des Signalgebers 53, dass er verkleinert werden muss. Die eigentliche Regelung, d. h. die Einrichtung der Maschine, kann entsprechend der Signale - eine ungeschulte Kraft durchführen, wodurch eine grosse, beinahe beliebige Genauigkeit der Fabrikation erzielt werden kann.
Als statistisch charakteristische Werte können verschiedene statistische Parameter der mathema- tischen Statistik, wie z. B. der Mittelwert X, die mittlere quadratische Abweichung s usw., angesehen werden. Die Anwendung der Gruppen-Methode bringt wesentliche Vorteile mit sich. Sie beruht im wesent-
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der Differenz
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und die Änderung der Streuung mittels der Summe
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abgeschätzt werden.
In beiden Formeln bedeuten z+.... Anzahl der Messungen, bei denen der Wert des Gütekennzeichens die obere Kon- trollgrenze überschreitet z-Anzahl der Messungen, bei denen der Wert des Gütekennzeichens die untere Kon- trollgrenze unterschreitet.
Die Kontrollgrenzen werden durch das statistische Regelprogramm bestimmt und gehen aus dem gegebenen Arbeitsprozess hervor.
Das statistische Regelprogramm gibt die mittlere quadratische Abweichung dererzeugungsabiveichun- gen des Gütekennzeichens an. Diese mittlere quadratische Abweichung wird aus der Analyse der Genauigkeit des Erzeugungsprozesses ermittelt und sie ist zur Bestimmung des erwähnten Kontrollbereiches notwendig. Weiterhin werden durch das statistische Regelprogramm die Regelgrenzen für die statistischen Kenngrössen (die Summe S und Differenz r) die Anzahl n der auszuwählenden Teile, sowie auch die Art, wie diese Auswahl durchgeführt werden soll, ob fortlaufend oder nach einem ändern bestimmten System,
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angegeben. In Fig. 2 ist das Schema eines statistischen Auswertgerätes nach dem erfindungsgemässen Prinzip der Gruppen-Methode dargestellt.
Dieses besteht im wesentlichen aus folgenden Einheiten :
Einheit 31, welche alle Messungen zählt und das Ende der Auswahl der n Teile signalisiert, Ein- heit32, welche alle oberhalb der oberen Toleranzgrenze liegenden Messungen (z.) zählt, Einheit 33, welche alle unterhalb der unteren Toleranzgrenze liegenden Messungen (z¯) zählt, Einheit 34, ein ein- faches Summierungsgerät. welches die Summe S entsprechend der Gleichung (2) bestimmt und Einheit 35, welche entsprechend der Gleichung (1) die Differenz r ermittelt.
Die. beiden Einheiten 34,35 sind mit einer geeigneten Signaleinrichtung (in Fig. 2 nicht eingezeichnet) welche eine wesentliche Abweichung beider Kennwerte S und r, d. h. ihr Überschreiten gegebener Toleranzgrenzen anzeigt, verbunden.
So bedeutet z. B. Überschreiten des zulässigen Wertes für S eine wesentliche Veränderung der Streuung und dass es notwendig ist, die Genauigkeit des Fabrikationsprozesses zu erhöhen. Überschreiten des zulässigen Wertes für r bedeutet eine wesentliche Änderung der Lage der Verteilungsfunktion, d. h. eine wesentliche Änderung der Einstellung der entsprechenden Maschinen.
Die Summen- und Differenzbildung in den verschiedenen Einheiten kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden (z. B. auf kapazitiver, ohmscher oder induktiver Grundlage).
Als Einheiten 31,32, 33, 34 und 35 eignen sich am besten gleichstromgespeiste elektromagnetische Schrittschalter (Telefonw hler) und Telefonrelais. Die erste Einheit 31 bestimmt die Anzahl der gemessenen Einzelteile, die zweite 32 summiert die Anzahl der oberhalb der oberen Toleranzgrenze liegenden Messwerte, die dritte 33 summiert die unterhalb der unteren Toleranzgrenze liegenden Messwerte, die vierte 34 summiert die Werte der Einheiten 32 und 33 und die fünfte 35 bildet die Differenz der durch 32 und 33 angegebenen Werte. Die Löschung der Anzeigewerte geschieht mittels besonders geschalteten Kontakten der Schrittschalter, Unterbrechern und Telefonrelais.
Die Anzahl n der zu verarbeitenden Angaben als auch die Werte für S, r, z+ und z-sind bei dem ausgeführten Gerät mittels an der Frontplatte angeordneten Stufenschaltern einstellbar.
In Fig. 3 ist das Schema eines automatischen statistischen Auswertgerätes, welches eine logische Weiterentwicklung der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Geräte bedeutet, angegeben. Die Quelle 1 der durch ein Gütekennzeichen charakterisierten Erzeugnisse kann z. B. ein Walzenständer sein, wobei das Messgerät 2 eine elektrische Einrichtung zur kontinuierlichen Dickenmessung ist. Das statistische Auswertungsgerät mit einer Speichereinheit für die geeigneten statistischenKennwerte (z. B. r und S) arbeitet mit weiteren Einrichtungen 41 und 42 zusammen, welche automatisch die Gütekennzeichenquelle 1 re- geln, u. zw. so, dass das Gerät 41 im gegebenen Fall eine Vergrösserung und das Gerät 42 eine Verklein- rung der zu überwachenden Messgrösse (die Dicke des Bleches) verursacht.
In Fig. 3 ist ferner ein Signalgeber 5 eingezeichnet, welcher an die Einheit 3 angeschlossen ist, jedoch bei automatischer Regelung nicht notwendig ist. Es ist jedoch sehr vorteilhaft, ein Registriergerät 50 vorzusehen. Dieses vermittelt sowohl Informationen über den Verlauf der Messgrösse (des oder der Gütekennzeichen) bzw. der entsprechenden statistischen Kennwerte als auch eine Übersicht über das Arbeiten der Regeleinrichtung. Ferner kann die Einrichtung ebenfalls mit einem Gerät 6 versehen werden, welches bei Nachstellung der Maschine die bisherigen Anzeigewerte löscht.
Das Auslöschen der Anzeige nach Nachstellung der Maschine ist besonders in dem Fall notwendig, wenn die Auswahl n der Messungen laufend unternommen wird, d. h. wenn jeweils die letzten n Messungen zur Auswertung der Kennwerte dienen, denn dadurch wird verhindert, dass die vor dem Eingriff in die Maschine ausgeführten Messungen noch Einfluss auf die Regelung nach dem Eingriff ausüben.
Die angeführten Ausführungsbeispiele dienen nur zur Erklärung des Prinzips, denn selbstverständlich ist eine ganze Reihe verschiedener Kombinationen des statistischen Auswertgerätes mit Mess-, Signalund Registriereinrichtungen möglich, wobei jedoch keine aus dem Rahmen der Erfindung fällt, solange sie sich der hier beschriebenen Gruppen-Methode bedient.
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