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Elektronische Analogbaugruppen automatisch abgeglichen

24.11.1999 - (idw) Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

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 schafft den Abgleich in der halben Zeit.

Geht es in der Telekommunikation um die Verarbeitung hochfrequenter Signale, kommen in Sende- und Empfangsanlagen auch heute noch hauptsächlich analoge Bauelemente zum Einsatz. Der Einsatz digitaler Bauelemente in der Hochfrequenztechnik ist durch ihre systemimmanenten Schaltzeiten nur begrenzt möglich.
Durch fertigungsbedingte statistische Schwankungen der Eigenschaften analoger Bauteile befinden sich 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 Bauteileigenschaften 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, das Wissenschaftler des Fraunhofer IPA entwickelt haben. 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.
Seinen Praxistest hat der rechnergestützte Abgleich bereits im Offenburger Werk der Bosch Telecom GmbH bestanden. Bislang ist der Abgleich exemplarisch für eine Aufgabenstellung realisiert, die weiteren erarbeiten die Entwicklungsingenieure bei Bosch in Eigenregie. Von den IPA-Wissenschaftlern stammen das Konzept und die Algorithmen. 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.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart
Dipl.-Ing. Ralf Kischkat
Telefon 0711/970-1807, Telefax 0711/970-1004, e-mail rkk@ipa.fhg.de
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