DE3431609C1 - Verfahren zur Qualitätsklassifikation eines auf einem Prüfstand zu prüfenden Produkts - Google Patents

Description

• Bei in bekannten Verfahren werden aus den errechneten Parametern P101 und P201 bzw. P102 und P202 Vektoren V 1 bzw. V2 gebildet, deren Endpunkte die Lage des Qualitätsmerkmals von geprüften Produkten bestimmt. Sofern sich ein solcher Endpunkt eindeutig innerhalb vorgegebenen Wolken ansiedelt, kann eine einwandfreie Zuordnung des geprüften Produkts zur Klasse der guten oder zu einer Klasse von fehlerhaften Produkten stattfinden. Siedelt sich ein Vektor-Endpunkt VL" 1 jedoch inncrhalb eines Überschneidungsbereichs K 01 von Wolken an, dann ist scinc Zuordnung eines falls mehr eindeutig. Bei der Lagc eines Vektor-Endpunkts VE 2 außerhalb von Wolken wird aufgrund des nächsten Abstands A des Punktes VE2 zu einem der Wolken-Schwerpunkte K 10, K 20 oder K 30 die Zuordnung zur betreffenden Qualitätsklasse K 1 geschätzt. Da jedoch unbekannt ist, ob nicht die Ausdehnung einer anderen (z. B. K 2) der Wolken zu dem neu gefundenen Vektor-Endpunkt VE2 eines geprüften Produkts im Rahmen der zllgeordnclen Qualitäts- bzw. Fehlerklasse K 2 zulässig ist oder ob im Raumsektor des net gcfundenen Vektor-Endpunktes VE2 nicht eine latente Wolkc einer bisher unbekannten Fehlerklasse schwebt führt t dieses bekannte Schätzverfahren in hohem Maße zu Aussageunsicherheiten über die zutreffende l:chlerklasse.
• Zur Vermeidung solcher Aussagounsicherllcilerl und zur Vereinfachung des Prüf- und Rechenaufwands schlägt daher die Erfindung ein Verfahren vor, bei dem zunächst die Werte der n Parameter der fehlerfreien Produkte eine Klasse von guten Produkten und die Werte der n Parameter der mit vorausbestimmten Pehlern behafteten Produkte einer oder mehreren Klassen von fehlerhaften Produkten zugeordnet werden. Diese n Parameter bilden Sequenzen, die in einem Speicher listenförmig abgespeichert werden können.
• 13cispiclsweise kann es sich bei solchen zu prüfenden Produkten uln Elektromotoren handeln, die zur Prüfung Icdiglich auf Stroni, Spannring und Drehzahl untersucht werden. Diese m = 3 meßbaren Merkmale stehen über mathematische Gleichungen, die verschiedene tnunktionon des l>r()dukts (des Motors) mathematisch beschrciben, zum Tcil miteinander und zum anderen Teil mit insgesamt n Parametern in Beziehung (beim Motor z.B.
• mit dem Kupferwiderstand, dem Eisenwiderstand im Blechpaket, den Wicklungsinduktivitäten,den Durchflutungen und anderen Parametern). Aus jeder Sequenz von Parameterwerten läßt sich nun auf ein bestinimtes zugeordnetes Qualitätsmerkmal (z.B. Lagerreibung, Windungsschluß, Lamellenschluß, Drahtbruch, Lüfterschaden usw.) schließen.
• Dazu werden im erfindungsgemäßen Verfahren die Werte der n Parameter eines zu klassifizierenden, den Prüfstand durchlaufenden Produkts anhand der m im Prüfstand gemessenen Merkmale unter Verwendung der mathematischen Gleichungen von einem Rechner errechnet. Die sich daraus ergebende Sequenz der das geprüfte Produkt kennzeichnenden Parameterwerte wird dann mit den Sequenzen der abgespeicherten Liste verglichen. Bei Übereinstimmung der errechneten mit einer der abgespeicherten Sequenzen wird das geprüfte Produkt in die der abgespeicherten Sequenz zugeordnete Klasse eingeordnet. Kann keine Übereinstimmung der errechneten Sequenz mit irgendeiner der abgespeicherten Sequenzen festgestellt werden, dann wird das geprüfte Produkt ohne Klassenzuordnung als fehlerhaft bewertet.
• Das Diagramm 1 in Fig. 2 steht für ein fehlerfreies bzw. für ein Produkt, das in eine Klasse von guten Pro- dukten eingeordnet werden kann. Es bezeichnet für jeden Parameter P1 bis P6 (bei n = 6) einen Wert in Prozent von dem Wert, der sich für ein völlig fehlerfreies Produkt exakt flir dicsen Parameter errechnen läßt.
• Durch Empirik oder Schlußfolgerungen läßt sich ein in Prozent ausgedrückter Toleranzbereich für jeden Parametclwel-l festlegen, der durch das jeweilige, aufrecht stehende Rechteck fiktiv bezeichnet ist. Dabei müssen die Abweichungen nach oben und nach unten nicht unbedingt ininier symmetrisch zum 100%-Wert liegen.
• Das Diagramm II enthält in den jeweiligen ersten Spalten der Parameter-Felder eine Reihe von Rechtekken, die einem Feld von Sequenzen für Parameterwerte entsprechen und beispielsweise einem Elektromotor mit Windungsschluß zugeordnet sind.
• Die Querbalken in den Rechtecken geben die jeweiligen Prozentwerte in Abweichung vom 100%-Wert des fehlerfreien Produkts an, bei denen der besagte Fehler (hier Windungsschluß) typisch. Liegt ein Parameter-Prozentwert eines gerade geprüften Produkts zwar nicht genau auf diesem Balken, aber noch innerhalb des Rechtecks, dann kann dies als zulässige Abweichung für denselben Fehler noch gelten.
• Fin Beispiel für eine Parameter-Sequenz eines gerade geprüften Produkts mit einem Windungsschluß ist durch die in der jeweiligen zweiten Spalte eingetragenen Schwarz/Weiß-Balken simuliert. Keiner dieser Schwarz/Weiß-Balken korreliert mit einem Balken des zugehörigen Rechtecks, alle Balken liegen aber innerhalb des zulässigen Toleranzbereichs, so daß die durch die Schwarz/Weiß-Balken angedeutete Parameter-Sequenz mit einer der für diese Fehlerklasse abgespeicherten Parameter-Sequenzen übereinstimmen muß. Das geprüfte Produkt wird daher in diese Fehlerklasse (Windungsschluß)eingeordnet.
• In den dritten Spallen des Diagramms II sind die schwarzen Balken für von 100% abweichende Prozentwerte eines anderen Exemplars der zu prüfenden Produkte eingetragen. Diese Balken fallen bei den Parametern P1 bis P3 nicht in die Toleranzbereiche gemäß Vorgabe für ein Produkt mit Windungsschluß. Angenommcn, daß außerdem keine Parameter-Sequenz für irgendeine andere bekannte Fehlerklasse in dieser Konstellation vorliegt, wird das geprüfte Exemplar zunächst ohne Klassenzuordnung als fehlerhaft bewertet. Anhand seiner Parameter-Sequenz kann aber der bisher unbekannte Fehler systematisch gesucht und gefunden werden und ihm eine neue Konstellation von typischen Parameterwerten mit Toleranzbereichen entsprechend den Rechtecken im Diagramm 111 zugeteilt werden.
• In den vierten Spalten des Diagramms 11 sind die weißen Balken für von 100% abweichende Prozentwerte eines weiteren Exemplares der zu prüfenden Produktc eingetragen. Mit Ausnahme beim Parameter P3 fallen allc durch weiße Balken angezeigte Parameterwerte in den jeweiligen Toleranzbereich. Auch dieses Exemplar wird daher zunächst ohne Klassenzuordnung als fehlerhaft bewertet; denn für seine errechnete Parameter-Sequenz liegt aufgrund der Abweichung beim Parameter P3 keine abgespeicherte Parameter-Sequenz vor. Nach einer Sonderpriifung, die mit konventionellen Methoden - im vorliegenden Fall nämlich nach der erforderlichen Zerlegung durch Messung des Wicklungswiderstands oder der Wicklungsinduktivität -durchgeführt wird, kann beispielsweise jedoch festgestellt werden, daß das geprüfte Produkt trotz Abweichung von den abgespeicherten Parameter-Sequenzen in die Fehlerklasse entsprechend Diagramm 11 gehört, weil der Toleranzbereich für den Parameter P3 ursprünglich zu eng vorgegeben war. Zur Verbesserung der Prüfsicherheit wird dann zweckmäßigerweise dicscr Toleranzbereich entsprechend der gestrichelt gczeichneten Linie nach oben erweitert bis zur Abweichung, die das eben geprüfte Produkt gelehrt hat.
• Auf diese einfache Weise kann der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Prüfstand hinsichtlich der zutreffenden Erfassung aller Fchlerklassen immer sicherer werden.
• Bei der weiter oben beschriebenen Einführung einer neuen Fehlerklasse gemäß Diagramm 111 wird man zunächst keine Toleranzbereichc vorgeben können, es sei denn durch experimentelle Vorgabe von Varianten dieser Fehlerklasse, so daß im Verlaufe weiterer Prüfungen gemäß zuvor beschriebener Lernmethodc entsprechende Toleranzbereiche oder Bereichs-Erweiterungen (gestrichelt angedeutet) eingeführt werden können.
• Das geschilderte Verfahren läßt aber nicht nur die sichere Artbestimmung eines Fchlers zu, sondern auch seine Lokalisierung. Abhängig von bestimmbaren Varianten eines Fehlers, z. B. Windungsschluß in der Feldwicklung und Umfang des kurzgeschlossenen Wicklungsteils oder erhöhte Reibkraft zwischen Bürsten und Kollektor sowie die prozentuale Erhöhung dieser Rcibkraft usw., lassen sich nämlich die Paramctel-Scqucnzcn ordnen, so daß die Übereinstimmung mit einer Sequenz gleichzeitig auf Fehlerart und -ort bzw.-größe schließen läßt.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Qualitätsklassifikation eines auf einem Prüfstand zu prüfenden Produkts, dessen m meßbare Merkmale über verschiedene Funktionen des Produkts beschreibende mathematische Gleichungen mit insgesamt n Parameter in Beziehung stehen, die in Abhängigkeit von den Qualitätsmerkmalen des zu prüfenden Produktes variabel sind, und an fehlerfreien sowie an mit vorausbestimmten Fehlern behafteten Produkten errechnet und in einen Speicher eingegeben werden, d a d u r c h g e -kenn ze ich n et, daß die Werte der n Parameter (P1 bis P6) der fehlerfreien Produkte einer Klasse von guten und der mit vorausbestimmten Fehlern behafteten Produkte Klassen von fehlerhaften Produkten zugeordnet und als Sequenzen im Speicher abgespeichert werden, daß die Werte der n Parameter eines zu klassifizierenden, den Prüfstand durchlaufenden Produkts anhand der m im Prüfstand gemessenene Merkmale unter Verwendung der mathematischen Gleichungen von einem Rechner errechnet und mit den abgespeicherten Sequenzen verglichen werden, daß bei Übereinstimmung der errechneten mit einer abgespeicherten Sequenz das geprüfte Produkt in die der abgespeicherten Sequenz zugeordnete Klasse eingeordnet wird, und daß bei fehlender Übereinstimmung mit irgendeiner der abgespeicherten Sequenzen das geprüfte Produkt ohne Klassenzuordnung als fehlerhaft bewertet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den jeweiligen zulässigen Toleranzbereich in der zugeordneten Klasse eine entsprechende zulässige Abweichung für jeden abgespeicherten Parameter abgespeichert ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei fehlender Übereinstimmung die Qualitätsmerkmale des ohne Klassenzuordnung als fehlerhaft bewerteten Produktes in einer Sonderprüfung mit konventionellen Methoden ermittelt werden, daß die Parameter-Sequenz des sondergeprüften Produkts eine neue, erweiterte Toleranzgrenze der zugeordneten Qualitätsklasse bezeichnet, wenn die ermittelten Qualitätsmerkmalc als noch zulässig angesehen werden, und unter der zugeordneten Klasse abgespeichert wird, oder daß die Parameter-Sequenz des sondergeprüften Produktes unter einer neuen Fehlerklasse abgespeichert wird.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätsklassifikation eines auf einem Prüfstand zu prüfenden Produkts nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

   Ein solches Verfahren zur Prüfung von elektrischen Kleinmotoren ist aus der Dissertation »Einc Methode zur Prüfung von Kleinmotoren unter Einsatz eines Parameter-Schätzverfahrens« von Herrn Dipl.-lng. Klaus Metzger, Fachbereich Elektrotechnik der Technischen Universität Berlin, 1983, D83, bekannt.

   Nach diesem Stand der Technik wird zur Prüfung der Gebrauchstauglichkeit eines Prüflings, z. B. eines elektrischen Kleinmotors oder eines elektromotorischen Werkzeugs, ein Parameter-Schätzverfahren angewandt.

   in einer ersten sogenannten Lernphase werden fehlerfreie Prüflinge sowie Prüflinge, in die bewußt feinstufig Fehler eingebaut sind, nach bestimmten Parametern untersucht. In Abhängigkeit von den feinstufig veränderten Qualitätsmerkmalen der Prüflinge ist unter Mitverwendung von It physikalischen Parametern und der Erkenntnis über die Struktur der zu beurteilenden Prüflinge oder Produkte eine Klassifikation nach Fehlerart und Fehlerort möglich. Da sich im n-dimensionalen Raum sowohl gut verteilte, linear trennbare Klassen als auch getrennte, aber nicht linear klassifizierbare Klassenhäufungen und außerdem sich überlappende Klassenhäufungen, die nicht mehr eindeutig trennbar sind, ergeben (vgl. Fig. 1), entstehen bei der bekannten stochastischen Klassifikation Schwierigkeiten oder sogar Fehler bei der Klassenzuordnung der zu prüfenden Produkte. Bei dem Pantmeter-Schätzverfahren stellt sich bei k Klassen ein erhebliches mathematisches Problem, das große Rechenzeiten und einen sehr umfangreichen Speicherplatz verlangt. Wird ein Abstandsklassifikator gewählt, der ein unbekanntes, durch einen Merkmalsvektor V beschriebenes Objekt derjenigen Klasse zuordnet, zu deren Schwerpunkt es den kleinsten Abstand A hat, so ergeben sich bei überlappenden Klassenhäufungen Zuordnungsschwierigkeiten und bei Klassenhäufungen im n-dimensionalen Raum können sich nach der »nächste Nachbarn«-Klassifikation bei der Schälzmethode nicht erkennbare Fehler einstellen.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das eine fehlerfreie Klassifizierung der zu prüfenden Produkte bei Bestimmung von Art, Ort, Größe und Toleranzbereich von Produktfehlern ermöglicht und mit geringen Aufwand an Harclware und Rechenarbeit ausführbar ist.

   Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.

   Anhand der in der Zeichnung dargestellten Diagramme, in Fig. l bezogen auf den genannten Stand der Technik und in Fig. 2 bezogen auf das erfindungsgemäße Verfahren, wird die Erfindung nachstehend erläutert.

   Anhand von F i g. 1 wird nochmals näher auf das bekannte Parameter-Schätzverfahren eingegangen. Der Einfachheit halber wird vorausgesetzt, daß sich aus n = zwei Parameter P1 und P2 im zweidimcnsionalen Raum eine Klasse K 0 von fehlerfreien Produkten und mehrere Klassen K I bis K 3 von fehlerbehafteten Produkten bestimmen lassen. Völlig fehlerfreie Produkte werden durch den Schnittpunkt K 00 aus den Parameter-Koordinaten P10 und P20 bestimmt: jedoch werden auch solche Produkte noch als fehlerfrei bezeichnet, deren Parameter-Koordinaten nicht weiter abweichen, als die den Schnittpunkt K 00 umgrenzende Wolke angibt.

   Entsprechend bezeichnen die anderen Schnittpunkte K 10, K 20 und K30 Produkte mit bestimmten Standardfehlern einer jeweiligen Klasse. Graduell können die Fehler einer Klasse vont Standardfehler abweichen, weshalb auch den Schnittpunkten K 10, K20 und K30 jeweils Wolken zugeordnet sind, die bestimmte und bekannte Abweichungen vom Standardfehler markieren.

   Diese Abweichungen ergeben im n-dimensionalen Raum zum Teil andere Wolken einhüllende oder sogar überschneidende Wolken.