Beschreibung einer Kalibrieranwendung in diesem Fall vollautomatische Blutdruckmanometer-Kalibrierung : Manometerprüfung mit automatischer Zeigerablesung.
Einführung:
Der Zwang zur Rationalisierung der Produktionsabläufe und damit zu preisgünstigeren Produkten, war hier die Triebfeder zur Entwicklung einer vollautomatischen Kalibrieranlage für Blutdruckmanometer, wie sie tausendfach in Krankenhäusern und Arztpraxen benutzt werden.
Problemstellung:
Ein Hersteller dieser klassischen analogen Blutdruckmessgeräte musste von der kostenintensiven manuellen Kalibrierung auf eine vollautomatische Endkontrolle umstellen. Wichtige Kriterien waren – neben den o. a. betriebswirtschaftlichen Erwägungen – die Nachvollziehbarkeit der Qualität, die Zuordenbarkeit einzelner Prüflinge zu den ermittelten Prüfdaten und die unbedingte Notwendigkeit – im Rahmen der ISO 9000ff – die Kalibrierdaten im Falle von Reklamationen oder Produkthaftungsansprüchen zu dokumentieren.
Zum Zeitpunkt der Anlagenkonzeption wurden ca. 20 Prüflinge durch den Bediener parallel an eine Druckversorgung adaptiert. Der Druck musste manuell mit Druckminderern eingestellt und die Zeigerstellung der Prüflinge abgelesen werden. Waren letztere innerhalb der Toleranz, wurden die Prüflinge in einen -dafür bereitgestellten – Korb gelegt und hatten damit die QS bestanden. Fehlerhafte Manometer wurden zum Nachbearbeitung in einen andersfarbigen Behälter abgelegt.
Die Nachteile dieser Methode waren die Unmöglichkeit der Zuordnung, die Subjektivität des Augenscheins des einzelnen Prüfers bei der Skalenablesung und der hohe Zeitaufwand der Paralleladaptierung und Sortierung.
Messkonzept:
- Prüflingsaufnahme mit Fixierung
- Ablesung der Manometerskala durch Bildverarbeitung
- Schnelle und stabile Druckregelung
- Identifizierung des Prüflings; automatische Ablesung der Seriennummer
- Zuordenbarkeit der ermittelten Kalibrierdaten zum Prüfling
- Schaffung einer Eindeutigkeit, welche Prüflinge die QS bestanden haben
Ein moderner nach ergonomischen Gesichtspunkten gestalteter Arbeitsplatz wurde entworfen. Der Prüfer legt den Prüfling in eine vorbereitete Aufnahme (Vertiefung) und adaptiert den Druck durch Aufschieben eines weichen Gummischlauchendes auf die Anschlusstülle des Manometers.
Ein Teil des Computerbildschirms zeigt – in Echtzeit – vergrößert die Prüflingsskala. In der Mitte des abgebildeten Ausschnitts ist ein Fadenkreuz. Der Bediener verschiebt den Prüfling solange, bis dessen Zeigerachse mit dem Fadenkreuz fluchtet. Durch Betätigung eines Schalters wird der Prüfling in seiner Aufnahme geklemmt – damit fixiert – und gleichzeitig wird die pneumatische Prüfung gestartet.
Die pneumatischen Prüfparameter sind als Typdefinition abrufbar. Nun erfolgt das stufige Durchfahren der Druckstufen 0, 50, 100, 150, 200, 250 und 300 mmHg und wieder zurück. Bei jeder Druckstufe legt der Druckregler (technische Details siehe Beschreibung Elektro-Pneumatisches-Kalibriergerät – EPK) eine kleine Pause ein – die sogenannte Druckhaltezeit – und gibt damit der Kamera die Gelegenheit die Zeigerstellung abzulesen.
Die Kamera liest die Zeigerstellung hierbei (interpoliert) auf 1/20 eines Teilstrichs genau ab; dass sind 0,1 mmHg.
Sind alle Kalibrierpunkte durchfahren und sind die ermittelten Istwerte innerhalb der Toleranz, liest die Kamera noch die auf der Skala eingravierte Seriennummer aus. Das Softwareprogramm speichert daraufhin den Datensatz ab und druckt ein Aufklebeetikett mit Barcode und Klartextseriennummer aus.
Der Bediener entnimmt daraufhin das – bereits vom Transportband halb abgelöste – Etikett aus dem Drucker und klebt es beim Herausnehmen des Prüflings auf dessen Rückseite.
Damit ist ein „Gut“-Teil markiert und wird in einen bereitgestellten Transportkorb abgelegt.
Druckregelung:
Zur schnellen Kalibrierung wurde ein Druckkalibrator EPK 0,4 als Druckregler eingesetzt. Bei der Einstellung der Regeleigenschaften wurde besonderer Wert auf Schnelligkeit im Anfahren der Druckpunkte gelegt. Dieses Ziel konnte durch den Einsatz großer Regelventilquerschnitte realisiert werden.
Die Steuerung des EPK 0,4 und das Auslesen des Ist-Referenzdrucks erfolgt über den Rechner mit Rechnerzusatzkarte.
Bildverarbeitung:
Das Ablesen der Manometerskala erfolgt mit einer CCD-Matrixkamera. Die Kamera, mit entsprechendem Objektiv, befindet sich genau senkrecht über der Prüflingsaufnahme. Sie befindet sich in einer abgedunkelten und mit schwarzen nicht reflektierenden Wänden ausgestatteten Box. Reflexfreie Beleuchtung des Manometers ermöglicht die Ablesung von Zeigerstellung und Seriennummer durch die Glasscheibe hindurch.
Software:
Der Rechner koordiniert die Steuerung bzw. Datenerfassung von Druckregler und Kamera und gibt dem Bediener Hinweise bei Adaption oder Fehlerbehandlung. Alle „Gut“-Teile werden erfasst und deren Daten auf Festplatte gespeichert. Über die Möglichkeit die Messdaten im ASCII-Format zu exportieren, können diese auch in andere Programme übernommen werden.
Zusammenfassung:
Das Komplettsystem besteht aus:
- Messrechner mit Monitor und Tastatur
- CCD-Matrixkamera, Objektiv und Beleuchtung
- Präzisionsdruckregler EPK II 0,4
- Labortisch mit Raum für 19″-Einschübe (Druckregler, PC)
- Etikettendrucker
- Tintenstrahldrucker und
- Prüflingsaufnahme
In dieser Applikation wurde die Anlage optimiert für:
- Messfenster 80x60mm
- Manometerskalendurchmesser < 56mm
- EPK II 0,4: Messbereich 0…300mmHg, Genauigkeit 0,05%v.E.
- Gesamtmesszeit 30″
- Maße: ca. 1000 x 1000 x 1300 mm
- Gewicht: ca. 70kg
- Anschlusswerte: 230VAC, < 500W; Druckluft (Hausnetz) 6 bar, trocken und ölfrei
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