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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren eines Fehlers in einem Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess für ein Bauteil, insbesondere für eine mit einer Steuerelektronik versehene oder zu versehende Leiterplatte (Steuerplatine). Ebenfalls betrifft die Erfindung auch ein entsprechendes Sensor-Trägerteil zum Identifizieren eines Fehlers in dem Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess.
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In einer modernen Fertigung werden Produktionsprozessmodule in einem Verbund zu einem Fertigungs- oder Bearbeitungsprozess kombiniert. Beispielsweise werden so bei der Produktion von elektronischen Steuerplatinen die Produktionsprozessmodule „Bestückung einer Leiterplatte“, „Verlötung der bestückten Leiterplatte“, „Programmierung der verlöteten Leiterplatine“ und „Qualitätskontrolle der programmierten Leiterplatine“ zu dem Fertigungs- oder Bearbeitungsprozess für das Bauteil kombiniert. Dieser Fertigungs- oder Bearbeitungsprozess läuft in der Regel nicht perfekt ab, wodurch Ausschuss entsteht. Typischerweise werden Fertigungsfehler jedoch erst am Ende des Prozesses, bei der Qualitätskontrolle, entdeckt. Die Fehlerursache ist entsprechend schwierig nachzuvollziehen und wird zum Teil nicht aufgedeckt.
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Ein bisher verwendeter Lösungsansatz ist der Einsatz von Prozess- und/oder Anlagen-externen Sensorelementen, um Störungen aufzudecken, welche die zugehörige (Fertigungs- oder Bearbeitungs-) Anlage nicht selbst detektieren kann, oder welche durch eine Bedienperson nicht wahrnehmbar sind. Problematisch bei dieser Herangehensweise ist die Auswahl der geeigneten Messmethode und die damit verbundene, unter Umständen sehr große Menge an Messdaten, die zu interpretieren sind, um einen Fehler in der Anlage zu finden. Hierbei ist typischerweise bereits die initiale Bewertung die größte Herausforderung, da in den allermeisten Fällen unklar ist, ob bestimmte Messdaten ein fehlerhaftes Verlaufen des Prozesses oder ein normales Verlaufen des Prozesses repräsentieren. In einigen Fällen ist dies von einem Experten bewertbar, wobei diese Methode mit zunehmender Anlagengröße und -komplexität an Grenzen stößt. Maschinelle Lernverfahren auf der anderen Seite decken auch komplexe Fehlerursachen auf, ohne dass Expertenwissen hierfür erforderlich ist. Allerdings sind diese Verfahren bisher nur effektiv, wenn ausreichend Trainingsdaten zur Mustererkennung vorhanden sind. Beim Einsatz von maschinellen Lernverfahren zum Identifizieren von Fehlern in Fertigungs- oder Bearbeitungsprozessen muss also auch immer eine große Menge an Ausschuss produziert werden.
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In dem Artikel „Recent trends in the classification of remote sensing data: active and semi-supervised machine learning paradigms“ von Lorenzo Bruzzone und Claudio Persello, veröffentlicht auf dem IEEE International Geoscience And Remote Sensing Symposium, Honolulu, USA zwischen dem 25. und 30. Juli 2010, wird ein Verfahren zur Zustandsüberwachung mit halbüberwachten, maschinellen Lernverfahren vorgestellt, um Anlagen zu überwachen.
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Ein anderer Ansatz verwendet darüber hinaus unterschiedliche Sensoren und Kombinationen maschineller Lernverfahren, um Anomalien im Betrieb festzustellen und auszuregeln. Dies ist in dem Artikel „Novel Industrial Wireless Sensor Networks for Machine Condition Monitoring and Fault Diagnosis" von Liqun Hou und Neil W. Bergmann, veröffentlicht am 11. Juni 2011 in den IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 61, issue 10, October 2012, beschrieben.
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Demgegenüber verwenden andere Lösungen externe, statisch installierte Sensoren entlang einer Messstrecke, um cloudbasierte Analysen anfertigen zu können. Dies ist beispielsweise in dem Artikel
„Enabling the multiple use of Condition Monitoring Devices for Realtime Monitoring, Realtime Data Logging and Remote Condition Monitoring" von E. P. C. Morris et al., veröffentlicht zwischen 27. und 28. September 2016 auf der 7. IET Conference on Railway Condition Monitoring in Birmingham, UK, zu finden oder in dem Artikel „IoT Platform for Condition Monitoring of Industrial Motors" von D. Shyamala et al., veröffentlicht zwischen dem 19. und 20. Oktober 2017 auf der zweiten International Conference on Communication and Electronic Systems in Coimbatore, Indien. In dem Artikel „Condition Monitoring Of Railway Tracks Using Compact Size On-Board Monitoring Device" von H. Tsunashima et al., veröffentlicht zwischen 17. und 18. September 2017 auf der 6. IET Conference on Railway Condition Monitoring, Birmingham, UK, wird ein Sensorsystem vorgestellt, das die Beschaffenheit einer Führungsstrecke vom Fahrzeug ausmisst.
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Die
US 2018 350165 A1 beschreibt ein verteiltes Überwachungssystem zur Überwachung eines Fahrzeugs, bei welchem eine Vielzahl von Sensorelementen an dem Fahrzeug angebracht ist und Messdaten zur Verfügung stellen. Etwas allgemeiner stellt die
WO 2018 195 488 A1 Verfahren und Vorrichtungen bereit, welche der Überwachung von Objekten wie Motoren, Lagern, Rollen, Fließbändern, Getrieben und Wasserpumpen dienen. Die Überwachungssysteme beinhalten dabei eine Anzahl von Sensoren, welche an einem zu überwachenden Objekt angebracht werden und Bewegungsinformationen des Objekts sammeln. Diese Bewegungsinformation wird dann von einem entfernten Analysegerät verarbeitet. Die
WO 2018 177669 zeigt ein Verfahren zum Erfassen mindestens eines charakteristischen Wertes eines Werkzeugs, beispielsweise einer Bohrmaschine, welches mit einem zusätzlichen Modul verbunden ist, welches besagten charakteristischen Wert erfasst. Dabei kann auch ein Trainingsvorgang durchgeführt werden, bei dem aus dem mindestens einen Kennwert zumindest ein Referenzwert abgeleitet und gespeichert wird.
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Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Fehlersuche in und Optimierung von einem Bauteil zugeordneten Fertigungs- oder Bearbeitungsprozessen auf zwei unterschiedliche Ansätze zurückgreift. Dabei wird entweder vorausgesetzt, dass ein Norm-und/oder Fehlverhalten maschinell gelernt wird oder durch einen Experten und zusätzliche Messdaten ausgewertet wird.
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Es stellt sich also die Aufgabe, die Fehlersuche in und die Optimierung von Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozessen in einer Fertigungs- und/oder Bearbeitungsanlage zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zum Identifizieren eines Fehlers in einem Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess, insbesondere eines maschinellen Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozesses, für Bauteile in einer Fertigungs- und/oder Bearbeitungsanlage. Das Bauteil kann dabei beispielsweise eine elektronische Steuerplatine sein oder umfassen. Das Verfahren beinhaltet entsprechend eine Reihe von Verfahrensschritten.
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Ein Verfahrensschritt ist das Erfassen zumindest einer geometrischen Eigenschaft des zu fertigenden und/oder zu bearbeitenden Bauteils, also einer oder mehrerer, insbesondere aller geometrischen Eigenschaften des Bauteils. Die zumindest eine geometrische Eigenschaft kann dabei insbesondere eine Außenabmessung des Bauteils umfassen oder sein. Es können auch weitere Eigenschaften des Bauteils, beispielsweise ein Gewicht, erfasst werden. Bevorzugt ist die erfasste Eigenschaft eine für den Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess wichtige Eigenschaft, d. h., dass der Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess auf die erfasste Eigenschaft abgestimmt ist. Beispielsweise kann eine Außenabmessung wie eine Länge und Breite einer Steuerplatine für den Fertigungs- und Bearbeitungsprozess insofern wichtig sein, dass beispielsweise ein Greifer der entsprechenden Fertigungs- und/oder Bearbeitungsanlage in Abhängigkeit von dieser Eigenschaft konfiguriert wird. Unter dem Begriff „Bauteil“ kann entsprechend im Rahmen des vorliegenden Dokuments das Ausgangs-Bauteil, also das Bauteil wie es zu Beginn des entsprechenden Fertigungs- oder Bearbeitungsprozesses beschaffen ist, oder das End-Bauteil, also das Bauteil, wie es nach Durchlaufen des entsprechenden Fertigungs- oder Bearbeitungsprozesses beschaffen ist, oder ein, mehrere, oder sämtliche Übergangszustands-Bauteile, also das Bauteil wie es an einem, mehreren, oder sämtlichen Zeitpunkten des entsprechenden Fertigungs- oder Bearbeitungsprozesses beschaffen ist, verstanden werden. Bevorzugt sind die erfassten geometrischen Eigenschaften dabei geometrische Eigenschaften, welche in dem Prozess nicht verändert werden.
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Ein weiterer Verfahrensschritt ist ein Erzeugen eines Sensor-Trägerteils mit einer geometrischen Eigenschaft, welche der geometrischen Eigenschaft des Bauteils gleicht, bevorzugt mit der geometrischen Eigenschaft des Bauteils identisch ist. Die Geometrie des Sensor-Trägerteils ist also zumindest teilweise, d. h. in einem Bereich, in welchem die Geometrie zuvor erfasst wurde, mit der Geometrie des Bauteils identisch. Das Sensor-Trägerteil kann dabei auch insgesamt eine zu dem Bauteil (bevorzugt dem Ausgangs-Bauteil) gleiche Geometrie aufweisen. Das Sensor-Trägerteil kann also der Geometrie des Bauteils in dem Maße nachgestaltet sein, wie es der Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess erfordert, damit das Sensor-Trägerteil den Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess anstelle des Bauteils durchlaufen kann.
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Dies dient dazu, dass das Sensor-Trägerteil, wie weiter unten noch erläutert, anstelle des Bauteils in den Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess eingebracht werden kann, ohne dass dafür Änderungen an der entsprechenden Anlage vorgenommen werden müssen. Dabei weist das Sensorträgerteil zumindest ein Sensorelement, also ein Sensorelement oder mehrere Sensorelemente zum jeweiligen Messen einer oder mehrerer Messgrößen auf, sowie ein mit dem Sensorelement mit einer Datenverbindung verbundenes Ausleseelement zum Auslesen von zumindest einem von dem zumindest einem Sensorelement gemessenen Messwert der Messgröße. Das zumindest eine Sensorelement und/oder das Ausleseelement ist dabei bevorzugt in die Geometrie des Sensor-Trägerteils integriert, sodass durch Sensor- und/oder Ausleseelement die Kompatibilität des Sensor-Trägerbauteils mit dem Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess nicht beeinträchtigt wird. Es kann also durch das Sensorelement, in einem dem Bauteil geometrisch ähnlichem oder identischem Träger, ein Messwert oder mehrere Messwerte der Messgröße, bevorzugt eine Messwertreihe der Messgröße gemessen werden. An die Geometrie des Bauteils sind dabei keine besonderen Anforderungen gestellt, das Sensor-Trägerteil kann beliebigen Bauteil-Geometrien nachgebildet sein.
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Ein weiterer Verfahrensschritt ist das Einbringen des Sensorträgerbauteils mit dem Sensorelement und dem Ausleseelement in den Fertigungs- oder Bearbeitungsprozess anstelle des Bauteils. Ein weiterer Verfahrensschritt ist das Durchlaufen des Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozesses mit dem eingebrachten Sensorträgerbauteil, wobei das Sensorelement bei dem Durchlaufen des Prozesses zu einem oder mehreren Zeitpunkten die Messgröße misst. Für diese beiden Verfahrensschritte ist entsprechend wichtig, dass die erfasste geometrische Eigenschaft des Bauteils der geometrischen Eigenschaft des Sensor-Trägerteils gleicht, damit das Ersetzen des Bauteils in den Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess durch das Sensor-Trägerteil keine Fehler und damit Qualitätseinbußen verursacht.
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Ein weiterer Verfahrensschritt ist das Auslesen des zumindest einen gemessenen Messwerts, bevorzugt der ganzen Messwertreihe, und das Identifizieren eines Fehlers in dem Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess anhand des ausgelesenen Messwerts oder der ausgelesenen Messwertreihe.
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Das hat den Vorteil, dass prozessrelevante Messgrößen wie beispielsweise Vibrationen, Feuchte, Temperatur und Materialspannung im Prozess direkt am Ort des Bauteils, nämlich direkt am Sensor-Trägerteil, gemessen werden können. Dadurch kann der Sensor-Trägerteil die Fertigungseinflüsse messen, die unmittelbar am Bauteil auftreten und damit das Produkt beeinflussen. Das beschriebene Verfahren ermöglicht somit den Zustand des Bauteils und damit des Produkts während der Fertigung unmittelbar (direkt) zu verfolgen. Dies erlaubt eine hohe Genauigkeit und Sensitivität der Prozessüberwachung. Auch eine Vereinfachung der Fehlersuche bei dem Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess wird somit erreicht, da eine Fokussierung auf die direkt produkt- oder bauteilrelevanten Einflüsse erfolgt. Überdies ermöglicht der vorgeschlagene Ansatz eine vollständige, d. h. durchgängige Prozessüberwachung aus Sicht des Produktes, wodurch Fehler mit einer höheren Wahrscheinlichkeit gefunden werden können. Schließlich kann das Verfahren auf nahezu beliebig geformte Bauteile und Fertigungs- bzw. Bearbeitungsprozesse angewendet werden. Beispielsweise können nicht nur Leiterplatten bei Bestückung, Verlötung und Programmierung als Fertigungs- oder Bearbeitungsprozess überwacht werden, sondern auch Flaschen bei einer Reinigung als Bearbeitungsprozess. Über die Betrachtung eines Verlaufs der gemessenen Messgröße wird auch die Möglichkeit geboten, Fehlerursachen und Fehlerorte in dem Fertigungs- oder Bearbeitungsprozess zu identifizieren, beispielsweise innerhalb bestimmter Produktionsprozessmodule.
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Die gemessenen Messwerte oder Messdaten können z. B. durch einen manuellen Soll-Ist-Vergleich oder durch maschinelle Verfahren analysiert werden, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Dabei vereinfacht sich die Auswertung mit dem beschriebenen Verfahren erheblich, da nunmehr gegenüber der großen Zahl sämtlicher Anlagenmesswerte eine deutlich geringere Anzahl von Produktzustandsdaten, den gemessenen Messwerten, vorhanden sind. Werden anhand dieser Produktzustandsdaten Auffälligkeiten festgestellt, kann ein Fehlverhalten identifiziert und einem Teilabschnitt der Fertigungs- und/oder Bearbeitungsanlage zugeordnet werden. Zu diesem Zweck kann der gemessene Messwert beispielsweise einen Zeitstempel erhalten oder in verschiedenen Stadien des Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozesses ausgelesen werden. Der gemessene Messwert, insbesondere die Messwertreihe, kann in ihrem Verlauf bzw. ihrem Messzeitpunkt auch mit den Daten weiterer Sensoren, beispielsweise der bekannten externen Sensoren, welche das äußere Anlagenverhalten repräsentieren, korreliert werden und was nochmals ein verbessertes Identifizieren des Fehlers im Prozess ermöglicht.
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Zusammenfassend lässt sich also feststellen, dass durch das beschriebene Verfahren das eingangs beschriebene Grundproblem bezüglich der hohen Komplexität und schwierigen Interpretierbarkeit von Messdaten in Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozessen gelöst wird. Dazu werden die bekannten externen Anlagenmessdaten durch unmittelbare Produktmessdaten ergänzt oder ersetzt und somit die Möglichkeit geboten, Fehlerursachen und Fehlerorte direkt zu identifizieren. Dies ist zudem generisch und somit branchenübergreifend anwendbar.
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Die Lösung wird umgesetzt, indem ein Produktbauteil im Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess durch einen Sensor-Trägerteil ersetzt wird. Dabei ist das Sensor-Trägerteil dem Produktbauteil derart nachgebildet, dass das Sensorträgerteil den Fertigungs- oder Bearbeitungsprozess durchlaufen kann, ohne dass anlagenseitig eine Anpassung erfolgen muss. Sensor-Trägerteil und Produktbauteil sind entsprechend für die dem Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess zugeordnete Anlage ununterscheidbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Erzeugen des Sensor- Trägerteils ein additives Erzeugungsverfahren und/oder additive Erzeugungsschritte umfasst oder das Erzeugen ein additives Erzeugen ist. Das hat den Vorteil, dass das Sensor-Trägerteil besonders leicht mit der geometrischen Eigenschaft versehen werden kann, so dass es für die Anlage von dem normalen Bauteil nicht unterschieden werden kann. Es können so auch die Sensorelemente oder weitere Elektronikelemente in das Sensor-Trägerteil eingebettet werden, ohne dass die geometrische Eigenschaft oder die geometrischen Eigenschaften des Sensor-Trägerteils von den erfassten geometrischen Eigenschaften des Produktbauteils abweicht, so dass der Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess nicht oder nur vernachlässigbar beeinflusst wird.
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Durch das additive Erzeugungsverfahren bzw. additive Verfahrensschritte bei dem Erzeugen des Sensor-Trägerteils lassen sich beliebige Geometrien und Produktbauteile nachmodellieren, was die Analyse von Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozessen in unterschiedlichen Produkten und Branchen ermöglicht. So kann beispielsweise durch additive Verfahrensschritte Sensorelement und Ausleseelement in ein flaschenförmiges oder leiterplatten/platinenförmiges Sensor-Trägerteil eingearbeitet werden, ohne dass sich die äußere Form, die sich in einer oder mehreren geometrischen Eigenschaften des Sensor-Trägerteils spiegelt, von der äußeren Form der üblicherweise in dem Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess verwendeten Flasche unterscheidet.
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Das additive Verfahren ermöglicht insbesondere das Einbetten einer Vielzahl von Sensoren innerhalb der erfassten vorgegebenen Geometrie, d.h. der erfassten geometrischen Eigenschaften des Bauteils. Eine Vielzahl an Messgrößen kann dabei gemessen werden, beispielsweise Temperatur und/oder Vibration. Temperatursensoren können so z.B. eine Überschreitung einer Löttemperatur auf einer Leiterplatine selbst feststellen, welche sonst in einer mittelbaren Messung durch externe Sensorelemente verborgen bliebe. Integrierte Vibrationssensorelemente können beispielsweise feststellen, ob sich vor oder während des Lötvorgangs Bauteile auf der Leiterplatine verschieben. Auch weitere Sensoren können durch das additive Verfahren auf besonders leichte Weise in das Sensor-Trägerteil integriert werden und so eine besonders genaue Prozess- und Produktüberwachung ermöglichen, wie sie mit konventionellen Methoden nicht möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Sensor-Trägerteil ein mit dem zumindest einen Sensorelement und/oder dem Ausleseelement verbundenes Speicherelement zum Speichern des zumindest einen Messwerts, insbesondere der Messwertreihe, des zumindest einen Sensorelements aufweist, und bei dem Durchlaufen der Messwert, insbesondere die Messwertreihe, in dem Speicherelement gespeichert wird. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Auslesen des zumindest einen gemessenen Messwerts während des Durchlaufens erfolgt und die ausgelesenen Messwerte, insbesondere die Messwertreihe, in einem externen Speicherelement außerhalb des Sensor-Trägerteils gespeichert werden. Das hat den Vorteil, dass ein zeitlicher Verlauf des Messwerts abgespeichert werden kann, so dass die Einflüsse auf das Bauteil im Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess besonders genau verstanden werden können.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ausleseelement ein Drahtlos-Ausleseelement zum drahtlosen Auslesen des zumindest einen Messwerts ist oder umfasst und das Auslesen drahtlos erfolgt, bevorzugt während des Durchlaufens des Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozesses. Das Auslesen kann auch während des Durchlaufens und zusätzlich nach dem Durchlaufen erfolgen, um beispielsweise eine zeitnahe Bearbeitung des Messwerts (oder der Messwerte) zu erreichen und mit dem (oder den) nach dem Durchlaufen des Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozesses ausgelesenen Messwert (oder Messwerten) eine fehlerfreie Übertragung des Messwerts (oder der Messwerte) zu überprüfen.
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Das hat den Vorteil, dass das Auslesen besonders komfortabel ist und im Sensor-Trägerteil selbst besonders wenig Elemente, insbesondere kein Speicherelement vorhanden sein müssen, so dass sich eine besonders große Flexibilität bezüglich der Geometrie des Sensorträgerteils ergibt. Dadurch kann eine besonders große Vielzahl an Bauteilen durch das Sensorträgerteil imitiert werden und entsprechend eine besonders große Vielzahl von Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozessen überprüft werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zumindest eine Sensorelement die Messgröße bei dem Durchlaufen des Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozesses wiederholt, insbesondere fortwährend, über die Dauer eines Teils des Fertigungs- und Bearbeitungsprozesses oder über die Dauer des gesamten Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozesses hinweg misst und insbesondere die gemessene Messgröße als Messwertreihe ausgelesen und/oder gespeichert wird. Die Information zum zeitlichen Verlauf der Messgröße hat den Vorteil, dass Messwerte zeitlich und/oder örtlich mit der dem Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess zugeordneten Anlage korreliert werden kann, und somit Fehler besonders schnell und einfach gefunden werden können.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Fehler im Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess anhand des ausgelesenen Messwerts, insbesondere der ausgelesenen Messwertreihe, identifiziert wird, und das Identifizieren ein Vergleichen, bevorzugt ein automatisches Vergleichen, des Messwerts, insbesondere der ausgelesenen Messwertreihe, mit einem vorgegebenen Soll-Messwert, insbesondere einer vorgegebenen Soll-Messwertreihe umfasst. Das hat den Vorteil, dass ein Fehler im Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess besonders leicht entdeckt wird. Insbesondere können so für spezifische Anschnitte des Prozesses individuell Toleranzen festgelegt werden, beispielsweise kann eine bestimmte Abweichung von einer Soll-Temperatur bei dem Verlöten einer Platine anders bewertet werden als die gleich Abweichung von der Soll-Temperatur bei dem Programmieren oder einem Reinigen der Platine.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch das zumindest eine Sensorelement als Messgröße eine Vibration und/oder eine Feuchtigkeit und/oder eine Temperatur und/oder eine Kraft, insbesondere eine Materialspannung, und/oder eine optische Transmission und/oder eine optische Reflektion gemessen wird. Dabei können für die unterschiedlichen Messgrößen jeweilige den unterschiedlichen Messgrößen zugeordnete Sensorelemente vorgesehen sein. Die genannten Messgrößen haben sich dabei als besonders vorteilhaft für das Identifizieren von Fehlern in Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozessen, also für das Überprüfen von Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozessen erwiesen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zumindest eine Messgröße jeweils durch mehrere unterschiedliche Sensorelemente gemessen wird. Es können also der Messgröße oder, im Falle von mehreren Messgrößen, jeder der Messgrößen jeweils mehrere unterschiedliche Sensorelemente zugeordnet sein. Das hat den Vorteil, dass die entsprechenden Messgrößen an unterschiedlichen Orten des Sensor-Trägerteils und damit für unterschiedliche Orte auf dem Bauteil gemessen werden können und somit beispielsweise eine Messwertverteilung für die jeweilige Messgröße über das Bauteil hinweg erzeugt werden kann. Dies ist beispielsweise bei dem Überwachen von Temperaturen in einem Lötprozess besonders vorteilhaft, und ermöglicht eine nochmals verbesserte Identifizierung von Fehlern in dem Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei dem Erfassen zumindest einer geometrischen Eigenschaft des Bauteils eine Länge des Bauteils über alles und/oder eine Breite des Bauteils über alles und/oder eine Dicke des Bauteils über alles als geometrische Eigenschaft erfasst wird und das Sensor-Trägerteil mit der erfassten Länge und/oder mit der erfassten Breite und/oder mit der erfassten Dicke erzeugt wird. Insbesondere handelt es sich bei der Länge um eine Quader-Länge und/oder bei der Breite um eine Quader-Breite und/oder bei der Dicke um eine Quader-Dicke. Bevorzugt ist das Bauteil dabei eine Leiter- oder Steuerplatine. Das hat den Vorteil, dass das Sensor-Trägerteil das Produktbauteil auf besonders einfache Weise imitiert, da typischerweise, gerade im Fall von Leiterplatten oder Steuerplatinen diese von der Anlage von außen gegriffen werden, wofür in erster Linie die Länge und/oder Breite des entsprechenden quaderförmigen oder zumindest rechteckigen Bauteils durch das Sensor-Trägerteil nachgebildet sein muss.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Sensor-Trägerteil zum Identifizieren eines Fehlers in einem einem Bauteil zugeordneten Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess, wobei das Sensor-Trägerteil zumindest ein Sensorelement zum Messen einer Messgröße und einem mit dem Sensorelement verbundenes Ausleseelement zum Auslesen von zumindest einem von dem Sensorelement gemessenen Messwert der Messgröße aufweist. Dabei gleicht die Geometrie des Sensor-Trägerteils zumindest bereichsweise, also bereichsweise oder vollständig, der Geometrie des Bauteils (bevorzugt des Ausgangs-Bauteils), so dass das Sensor-Trägerteil den Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess anstelle des Bauteils durchlaufen kann, ohne dass in der dem Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess zugeordneten Anlage eine Anpassung an das Sensorträgerteil erforderlich ist. Die Geometrie des Sensor-Trägerteils oder zumindest eine geometrische Eigenschaft des Sensor-Trägerteils kann also der Geometrie des Bauteils oder zumindest einer geometrischen Eigenschaft des Bauteils derart gleichen, dass die dem Fertigungs- und/oder Bearbeitungsprozess zugeordnete Anlage das Bauteil nicht vom Sensor-Trägerteil unterscheidet oder unterscheiden kann.
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Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des Sensor-Trägerteils entsprechen dabei Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens und umgekehrt.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass eine Charakteristik des Sensor-Trägerteils, insbesondere eine mechanische Stabilität und/oder eine elektronische Funktionalität und/oder eine sonstige für den bestimmungsgemäßen Gebrauch des Bauteils erforderliche Charakteristik, weniger ausgeprägt ist als bei dem Bauteil.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen oder abhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt 1 ein beispielhaft als Steuerplatine ausgeführtes Bauteil 1, mit einer vorgegebenen Quaderlänge I, einer vorgegebenen Quaderbreite b, und einer vorgegebenen Quaderdicke d als geometrische Eigenschaften. Im vorliegenden Beispiel sind dabei eine Vielzahl von Lötstellen 8a - 8e vorhanden, an welchen entsprechende Elektronikelemente auf der Steuerplatine verlötet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Elektronikelemente, beispielsweise Microprozessoren, Transistoren und sonstige Elemente, in der Figur nicht gezeigt.
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1 zeigt ebenfalls ein Sensor-Trägerteil 2 mit entsprechend einer Quaderbreite b', einer Quaderlänge I' und einer Quaderdicke d' als entsprechende geometrische Eigenschaften, welche den jeweiligen geometrischen Eigenschaften b, I, d des Bauteils 1 gleichen. Dabei weist das Sensor-Trägerteil 2 zumindest ein Sensorelement, vorliegend mehrere Sensorelemente 3a-3e auf, welche mit einem Ausleseelement 4 über eine entsprechende Datenleitung 5 verbunden sind. In der Darstellung wurde ein Oberteil 6 des Sensor-Trägerteils 2 nach Art einer Explosionszeichnung in positiver x-Richtung von dem Rest 7 des Sensor-Trägerteils 2 entfernt dargestellt, um die im Inneren des Sensor-Trägerteils 2 angeordneten Elemente 3a-3e, 4 besser darzustellen. Die Elemente 3 a-3e, 4 beeinflussen also im gezeigten Beispiel die geometrischen Eigenschaften des Sensorträgerteils 2, hier entsprechend die Quaderbreite b', die Quaderdicke d' und die Quaderlänge I' nicht, so dass das Sensor-Trägerteil 2 beispielsweise für einen Greifer einer Fertigungs- und/oder Bearbeitungsanlage von dem Bauteil 1 ununterscheidbar ist. Dies kann beispielsweise durch ein additives Erzeugungsverfahren für den Sensor-Träger 2 erreicht werden.
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So können beispielsweise optische Sensorelemente 3a-3e unmittelbar in die durch die geometrischen Eigenschaften des Bauteils 2 bestimmte Geometrie des Sensor-Trägerteils 2 integriert werden, sei es als diskrete Sensorbauteile oder gedruckte Sensorkomponenten wie beispielsweise transparente optische Kanäle, deren Transluzenz temperaturabhängig ist. Damit kann gewährleistet werden, dass das Sensor-Trägerteil 2 den Fertigungs- bzw. Bearbeitungsprozess vollständig durchläuft, ohne diesen nachteilig zu beeinflussen. Die Sensorelemente 3a-3e sind vorliegend räumlich verteilt entsprechend den Lötstellen 8a-8e angeordnet, sodass die Sensorelemente 3a-3e die zu messende Messgröße, beispielsweise eine Temperatur bei dem Löten an den Lötstellen 8a-8e, ortsaufgelöst gemessen werden kann, hier in den Bereichen der jeweiligen Lötstellen 8a-8e.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2018350165 A1 [0007]
- WO 2018195488 A1 [0007]
- WO 2018177669 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Novel Industrial Wireless Sensor Networks for Machine Condition Monitoring and Fault Diagnosis“ von Liqun Hou und Neil W. Bergmann, veröffentlicht am 11. Juni 2011 in den IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 61, issue 10, October 2012, [0005]
- „Enabling the multiple use of Condition Monitoring Devices for Realtime Monitoring, Realtime Data Logging and Remote Condition Monitoring“ von E. P. C. Morris et al., veröffentlicht zwischen 27. und 28. September 2016 auf der 7. IET Conference on Railway Condition Monitoring in Birmingham, UK, zu finden oder in dem Artikel „IoT Platform for Condition Monitoring of Industrial Motors“ von D. Shyamala et al., veröffentlicht zwischen dem 19. und 20. Oktober 2017 auf der zweiten International Conference on Communication and Electronic Systems in Coimbatore, Indien. In dem Artikel „Condition Monitoring Of Railway Tracks Using Compact Size On-Board Monitoring Device“ von H. Tsunashima et al., veröffentlicht zwischen 17. und 18. September 2017 auf der 6. IET Conference on Railway Condition Monitoring, Birmingham, UK, [0006]
