Das Erreichen von Qualitätsstandards auf Weltklasseniveau ist das oberste Ziel von JST. Vor kurzem konnte JST sein bereits extrem hohes Qualitätsniveau durch die Einführung eines Bildverarbeitungssystems weiter verbessern, das Teile mit einer Genauigkeit von 0,1 mm misst und damit besser ist als das, was bisher mit einem menschlichen Prüfer erreicht werden konnte. Das Bildverarbeitungssystem erkennt Abweichungen zudem wesentlich schneller als menschliche Prüfer, wodurch Maschinenparameter schnell genug angepasst werden können, um Fehler zu vermeiden. Das Ergebnis ist, dass die Anzahl der Nichtkonformitäten im letzten Messzeitraum auf 0 Teile pro Million (ppm) reduziert wurde und damit deutlich unter dem äußerst strengen Six-Sigma-Qualitätsmaßstab von 3,4 ppm liegt.
JST mit Sitz in Waukegan, Illinois, stellt über 30.000 verschiedene Arten von Steckverbindern her, darunter Steckverbinder für die Oberflächenmontage, flache flexible Schaltungen, Crimp-Draht-zu-Platine-Steckverbinder, Stiftleisten, Flachkabel, Draht-zu-Draht-Steckverbinder, Platine-zu-Draht-Steckverbinder, Platine-zu-Platine-Steckverbinder, Stromversorgungssteckverbinder, Draht-zu-Platine-Steckverbinder, EMI-geschirmte Steckverbinder und IC-Speicherkartensteckverbinder. Für die meisten Standardanschlüsse verwendet JST sauerstofffreies Kupfer, das sich durch hohe elektrische Leitfähigkeit und inhärente Zähigkeit auszeichnet und ohne Gefahr einer Wasserstoffversprödung gelötet werden kann. Die Standardprodukte von JST sind alle verzinkt und mit einer speziellen Methode behandelt, die eine maximale Haftung der Galvanisierung gewährleistet, was den elektrischen Widerstand weiter reduziert und die Korrosionsbeständigkeit erhöht.
Enge Maßtoleranzen
Der lötlose HCM-Anschluss mit 2,54 mm Rasterabstand von JST wird in der Automobilindustrie verwendet, um Drähte mit Crimp-Steckverbindern mit einer Leiterplatte zu verbinden. Die beiden Hauptkomponenten sind das Gehäuse und der Halter. Der Benutzer führt die Drähte in eine Seite des Gehäuses ein und schiebt dann den Halter in eine Öffnung auf der anderen Seite. Der Benutzer drückt auf eine Lasche am Halter, um ihn am Gehäuse zu befestigen. Sowohl das Gehäuse als auch der Halter werden durch Spritzgussverfahren unter strengen Maßhaltungen hergestellt. Obwohl das Spritzgussverfahren äußerst präzise ist, besteht ein sehr geringes Risiko, dass ein Problem bei den Prozessbedingungen dazu führt, dass die Form nicht vollständig gefüllt wird, ein sogenannter Kurzschuss. Ein Kurzschuss, der dazu führen könnte, dass das Teil nicht funktioniert, wäre mit bloßem Auge leicht sichtbar. Die strengen Qualitätsanforderungen von JST verbieten jedoch selbst viel kleinere Kurzschüsse, bei denen nur 0,1 mm Material fehlt ... weniger als mit bloßem Auge erkennbar wäre. Derartige kleine Defekte haben keinen Einfluss auf die Leistung des Teils, sind aber für JST dennoch inakzeptabel.
Manuelle Prüfung, die in der Vergangenheit verwendet wurde
JST konnte durch den Einsatz beträchtlicher Zeit und Ressourcen für manuelle Inspektionen ein hohes Qualitätsniveau aufrechterhalten. „Wir haben viel Zeit damit verbracht, diese Teile kontinuierlich zu überprüfen“, so Nate Hoselton, Facility Manager bei JST. „Häufig wurden Probleme erst ein oder zwei Tage nach dem Formen der Teile entdeckt. In diesem Fall mussten wir eine beträchtliche Anzahl von Teilen zurückverfolgen und erneut überprüfen. Manchmal war es nach der Feststellung schwierig, das Problem mit der Formmaschine zu finden. Wir führten Aufzeichnungen über die Prozessbedingungen, Materialien, Maschinenparameter usw., aber der Bediener könnte Schwierigkeiten haben, sich an etwas Ungewöhnliches zu erinnern, das während des Betriebs passiert war. Daher dauerte die Untersuchung jeder Nichtkonformität normalerweise mehrere Tage und kostete etwa 1.500 US-Dollar.“
Hoselton identifizierte diese Anwendung als eine gute für die industrielle Bildverarbeitung. „Qualität hat bei uns oberste Priorität, weshalb wir in diesem Werk seit Langem industrielle Bildverarbeitung nutzen“, so Hoselton. „Tatsächlich haben wir Systeme von allen drei führenden Anbietern von industriellen Bildverarbeitungssystemen. Für dieses Projekt haben wir uns für das Bildverarbeitungssystem In-Sight® von Cognex entschieden, da es sich durch eine einfache und schnelle Programmierung auszeichnet. Ich habe an einer Schulung von Cognex teilgenommen und innerhalb von nur zehn Minuten eine einfache Anwendung entwickelt, die Visitenkarten lesen kann. Basierend auf dieser Erfahrung programmierte ich diese Anwendung in nur etwa 45 Minuten, einschließlich der Schnittstelle des Bildverarbeitungssystems zum programmierbaren Logikcontroller (PLC) und zur Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) der Montagemaschine. Es war nicht erforderlich, interne technische Ressourcen oder einen Integrator hinzuzuziehen.“
Hoselton entschied sich für ein Bildverarbeitungssystem der Serie In-Sight 5000, da es eine Komplettlösung in einem modularen Paket bot und keine zusätzliche Hardware oder sonstige Ausrüstung erforderte. Das 60 mm x 110 mm x 80 mm große Gehäuse des Bildverarbeitungssystems passt problemlos in die beengten Verhältnisse der Fertigungsanlage. Das gewählte Modell der In-Sight 5000er Serie bot eine Auflösung von 1600 x 1200 Pixeln und eine Bildaufnahmezeit von 15 Bildern pro Sekunde. Die Cognex EasyBuilder® Software führt den Benutzer Schritt für Schritt durch den Prozess der Einrichtung einer Bildverarbeitungsanwendung. Die Benutzer können Tools einfach durch Klicken auf die interessanten Funktionen einfügen.
Programmierung des Bildverarbeitungssystems
Hoselton begann den Programmierprozess, indem er das Bildverarbeitungssystem an der Montagestation befestigte und es mit der SPS, der HMI und einem Laptop, auf dem die EasyBuilder-Software läuft, verband. Er richtete das Bildverarbeitungssystem auf ein Teil, und das resultierende Bild erschien in der EasyBuilder-Oberfläche auf seinem Laptop. Er verwendete einen von der Software bereitgestellten Assistenten, um die Skala und die nichtlinearen Kalibrierungen einzurichten. Er wählte Kantengeräte aus, um den Standort jeder Seite des Gehäuses basierend auf dem Übergang vom schwarzen Teil zum weißen Hintergrund zu identifizieren. Er verwendete zusätzliche Kantenwerkzeuge, um jede Seite der Öffnung im Teil zu identifizieren, in die der Halter eingesetzt wird, wieder basierend auf dem Übergang von Schwarz zu Weiß. Hoselton verwendete dann Messwerkzeuge, um die Größe der Öffnung zu berechnen, indem er die Längen der Wände des Gehäuses von seiner Gesamtlänge abzog. Er führte die Toleranzen aus der technischen Zeichnung in die Messwerkzeuge ein. Basierend auf diesen Toleranzen misst das Bildverarbeitungssystem den Abstand und sendet eine Warnmeldung, sobald dieser um nur 0,1 mm abweicht.
Hoselton nutzte die Point-and-Click-Kommunikationskonfiguration in EasyBuilder, um mithilfe eines Signals von der SPS das Bildverarbeitungssystem zu benachrichtigen, ein Bild aufzunehmen, sobald ein neues Teil in Position ist. Er schickte die Ergebnisse der Prüfung zurück an die SPS und die HMI. Schließlich nutzte er zusätzliche Tools, um eine Benutzeroberfläche einzurichten, die das Bild des neuesten Teils, einen Filmstreifen mit den letzten Teilen und eine Ergebnistabelle anzeigt. Das Bildverarbeitungssystem prüft jedes Teil in nur etwa 40 Millisekunden, was deutlich schneller ist als die erforderliche Produktionsgeschwindigkeit der Maschine in Hüben pro Minute. Die vom Bediener der Montagemaschine verwendete HMI ist mit dem Werksnetzwerk verbunden, sodass die JST-Manager nun die Bilder des Bildverarbeitungssystems von ihrem Schreibtisch aus in Echtzeit oder durch Durchsuchen von Archiven anzeigen können.
Verbesserung bereits hoher Qualitätsniveaus
Das In-Sight Bildverarbeitungssystem hat zu einer erheblichen Verbesserung des bereits hohen Qualitätsniveaus des Unternehmens beigetragen. Das Fertigungspersonal erhält vom Bildverarbeitungssystem sofortiges Feedback zu selbst kleinsten Abweichungen, die zu gering sind, um die Leistung zu beeinträchtigen, und die mit bloßem Auge nicht erkennbar sind. Der Bediener der Montageautomatisierung sammelt die Teile zusammen mit den Prüfinformationen und bringt sie zur Qualitätskontrolle. Die Qualitätssicherung bringt die Teile zum Formtechniker, der sofort mit der Lösung des Problems beginnt. Dadurch wurde die Zeit, die benötigt wird, um die Ursache einer Produktionsabweichung zu ermitteln und zu beheben, auf einen Tag reduziert. Die Kosten für einen Nichtkonformitätsbericht wurden von 1.500 auf 100 US-Dollar gesenkt.
Am wichtigsten ist, dass die Fähigkeit, selbst kleinste Abweichungen zu erkennen und zu korrigieren, dazu geführt hat, dass das Unternehmen anspruchsvolle Six-Sigma-Qualitätsziele übertroffen hat. Im letzten Messzeitraum gab es bei mehreren Millionen von Teilen, die vom Unternehmen produziert wurden, keinen einzigen Defekt. Die Führungskräfte von JST führen dies auf die Implementierung des Bildverarbeitungssystems zurück. „Qualität ist bei Weitem der wichtigste Faktor für den Erfolg unseres Unternehmens“, schloss Hoselton. „Die industrielle Bildverarbeitung hat uns dabei unterstützt, erhebliche Verbesserungen zu erzielen, indem sie es uns ermöglicht hat, Abweichungen schneller zu erkennen, sodass wir Korrekturen vornehmen können, bevor Fehler auftreten.“ Aufgrund des Erfolgs dieser Anwendung installierte Hoselton ein weiteres In-Sight Bildverarbeitungssystem an einer ähnlichen Montagemaschine, die ein anderes Produkt herstellt. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Produkten besteht darin, dass die Lücke im Gehäuse eine andere Größe hat. Hoselton begann mit dem Programm, das er für die erste Montagemaschine entwickelt hatte. In nur 15 Minuten konnte er das ursprüngliche Programm für das neue Produkt anpassen.