Elektronische Analogbaugruppen automatisch abgleichen

Rechnergestütztes Verfahren halbiert Arbeitszeit

Stuttgart (pte) (pte011/25.11.1999/11:00) Komplexe analoge Baugruppen, wie sie in der Hochfrequenztechnik Anwendung finden, abzugleichen, ist eine komplizierte und langwierige Prozedur und wird meist noch manuell ausgeführt. Ein neues rechnergestütztes Verfahren, das am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart http://www.ipa.fhg.de/ entwickelt wurde, schafft den Abgleich in der halben Zeit.

Durch fertigungsbedingte statistische Schwankungen der Eigenschaften analoger Bauteile liegen die Messwerte bei komplexen Baugruppen schon nach wenigen Signalverarbeitungsstufen nicht mehr im vorgesehenen Arbeitsbereich. Um dies auszugleichen, werden zusätzliche Schaltungen integriert, die über verstellbare Abgleichelemente wie Potentiometer an die Bauteil-Eigenschaften angepasst werden können. Hierfür legen die Entwickler Eingangssignale fest, die in die Baugruppe eingespeist werden, und geben die Eigenschaften für die an der Baugruppe gemessenen Signale vor. Beim Abgleich der Baugruppen in der Produktion werden die Abgleichelemente dann solange manuell variiert, bis die gemessenen Signale die gewünschten Eigenschaften haben - eine aufwendige Prozedur, die bei den untersuchten Abgleichen bis zu einer halben Stunde dauern kann.

Doppelt so schnell geht es mit einem Verfahren zum rechnergestützten Abgleich. Mit ihm lassen sich die meisten Abgleichaufgaben einfach automatisieren. Es berücksichtigt nicht nur die Anzahl der Abgleichelemente und die Soll-Messwerte bzw. -kurven, sondern auch das Verhalten der Messkurven bei Veränderungen der Abgleichelemente. Selbst Messwerte, die durch ein Rauschen überlagert sind, können mit dem Verfahren verarbeitet werden.

Grundsätzlich werden beim Abgleich einer Baugruppe zwei Fälle unterschieden: Erstens, die Baugruppe verhält sich typisch. Dann kann der manuelle Bediener aufgrund seiner Erfahrung die Abgleichelemente schon nach der ersten Messung optimal einstellen. Im zweiten Fall verhält sich die Baugruppe untypisch. Der Bediener ändert die Einstellungen der Abgleichelemente stochastisch, um Erfahrungen mit der Baugruppe zu sammeln. Nach und nach kann er dann ähnlich zielgerichtet vorgehen wie im ersten Fall. Beim rechnergestützten Abgleich sind nun beide Fälle algorithmisch nachgebildet.

Im ersten Fall wird ein neuronales Netz mit Messdaten typischer Baugruppen trainiert. Nach erfolgtem Training kann es zu jeder auftretenden Messkurve die Veränderung der Abgleichelemente vorschlagen, die zur optimalen Einstellung führt. Wenn sich die Baugruppe nicht ganz typisch verhält, so wird zumindest eine Annäherung an diese Einstellung erreicht. Eine wiederholte Anwendung des Verfahrens führt dann zum Erfolg. Im zweiten Fall suchen Evolutionsstrategien die optimalen Einstellungen anhand der Kriterien, die in der Spezifikation des Abgleichs vorgegeben sind. Moderne Varianten der Evolutionsstrategien enthalten adaptive Komponenten, in denen Erfahrungen aus bereits an der Baugruppe vorgenommenen Messungen verwendet werden.

Das neue Verfahren eignet sich jedoch nicht nur für den automatischen Abgleich von elektronischen Baugruppen, sondern kann auch auf andere Einstellungs- und Justagearbeiten übertragen werden. Informationen: Ralf Kischkat, Fraunhofer, IPA, Email: rkk@ipa.fhg.de (stpnews)

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