Kleberaupen-, Dicht- und Dickenmessung in der Fahrzeugfertigung mit 3D- und Konfokalsensoren

In der Fahrzeugfertigung entscheidet an vielen Stationen ein Maß über die Funktion, das eine Kamera gar nicht sieht: die Höhe einer Kleberaupe, die Dicke einer Dichtung, die Wandstärke eines Bauteils. Eine Klebe- oder Dichtnaht kann im Bild vollständig und sauber aussehen und trotzdem zu flach sein, um dicht zu halten. Gerade bei Elektromobilität und sicherheitsrelevanten Bauteilen wächst der Bedarf, genau diese Höhen- und Dickenmaße inline zu erfassen und zu dokumentieren.

Dieser Beitrag richtet sich an Fertigungs- und Qualitätsverantwortliche, die Klebe-, Dicht- und Dickenmerkmale in der Fahrzeugfertigung prüfen. Er zeigt, warum Höhe und Dicke die eigentlich kritischen Maße sind, wie sich Schwarz auf Schwarz ohne Kontrast beherrschen lässt, wann ein Konfokalsensor und wann ein Laser passt und wie sich solche Messungen auch in beengte Bestandsanlagen nachrüsten lassen.

Wichtige Punkte im Überblick

  • Über Dichtfunktion und Sicherheit entscheiden Höhe und Dicke, also genau die Maße, die eine kontrastbasierte 2D-Kamera nicht erfassen kann.
  • Bei Schwarz auf Schwarz sieht ein 3D-Profilsensor die Kleberaupe als Erhebung über der Grundfläche und prüft Höhe und Breite kontinuierlich gegen ein Sollband, inklusive Unterbrechungen und Fehlstellen.
  • Eine echte Dickenmessung entsteht erst durch eine gegenüberliegende Doppelkopf-Anordnung, etwa mit konfokalen Wegmesssensoren der Modellreihe CL-3000, die die Dicke als Differenz aus kalibriertem Kopfabstand und beiden Messwerten liefert.
  • In beengte Bestandsanlagen lässt sich die Messung über Spiegelumlenkung, kompakte Messköpfe und eine Snapshot-Sensorik ohne zusätzliche Verfahrachse nachrüsten.
  • Für die Nachweispflicht werden kontinuierliche Höhen- und Dickenprofile je Bauteil archiviert und über Profinet mit dem i.O./n.i.O.-Ergebnis an die Steuerung übergeben.

Warum Höhe und Dicke die sicherheitsrelevanten Maße sind

Bei einer Klebe- oder Dichtraupe ist nicht die sichtbare Lage das entscheidende Merkmal, sondern die Höhe. Sie bestimmt, ob die Raupe beim Fügen den Spalt füllt und die Verbindung dicht und tragfähig wird. Eine zu flache Raupe kann optisch unauffällig sein und trotzdem die Funktion verfehlen. Ähnlich verhält es sich bei Struktur- und Sicherheitsbauteilen: Bei einem Airbagbauteil ist die Materialdicke ein sicherheitsrelevantes Merkmal, dessen Abweichung im Bild nicht erkennbar ist.

Der gemeinsame blinde Fleck der 2D-Systeme ist die dritte Dimension. Eine Kamera bewertet Kontrast und Fläche, misst aber weder Höhe noch Dicke. Damit bleibt genau das Merkmal ungeprüft, auf das es ankommt. 3D-Profil- und Konfokalsensoren setzen an dieser Stelle an, weil sie die Geometrie in Z direkt erfassen und damit das funktionsrelevante Maß liefern.

Kleberaupen und Dichtraupen prüfen ohne Kontrast

Der schwierigste und zugleich häufigste Fall ist Schwarz auf Schwarz: eine schwarze Dichtmasse auf einem schwarzen Bauteil. Für eine kontrastbasierte Kamera ist das ein Grenzfall, weil sich die Raupe kaum vom Untergrund abhebt. Ein 3D-Profilsensor dagegen sieht die Raupe als Erhebung über der Grundfläche, unabhängig davon, ob sich die Farbe unterscheidet.

Für die laufende Prüfung ergeben sich daraus mehrere Möglichkeiten:

  • Raupenhöhe und Raupenbreite werden kontinuierlich gegen ein Sollband geprüft, während der Sensor die Naht abfährt.
  • Unterbrechungen, Verjüngungen und Fehlstellen werden als n.i.O.-Kriterien erkannt, bevor das Teil weiterläuft.
  • Versatz und Lage der Raupe relativ zum Bauteil lassen sich mit auswerten.

Häufig sitzt der Sensor an der Dosierachse oder am Roboter und misst die Raupe direkt hinter dem Dosierkopf, sodass die Prüfung Teil des Klebe- oder Dichtprozesses wird. Wo eine getaktete Einzelstation ohne Verfahrachse vorliegt, übernimmt ein 3D Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000 die Aufgabe, während für abfahrende Nähte der scannende 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 die passende Bauform ist.

Dicken- und Wandstärkenmessung: Doppelkopf, Konfokal und Laser

Bei der Dickenmessung ist zuerst eine Unterscheidung wichtig: Ein einzelner Abstandssensor misst keine Dicke, sondern eine Höhe. Sobald das Bauteil in der Führung wandert, ändert sich dieser Wert, ohne dass sich die Dicke ändert. Echte Dickenmessung entsteht erst durch eine gegenüberliegende Anordnung.

Für die Aufgaben in der Fahrzeugfertigung stehen dafür mehrere Prinzipien zur Verfügung:

  • Der konfokale Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000 arbeitet mit kleinem Messfleck und misst koaxial. Das macht ihn stark bei kleinen Messstellen, bei Innenmaßen und bei anspruchsvollen Oberflächen. In gegenüberliegender Doppelkopf-Anordnung ergibt sich die Dicke als Differenz aus dem kalibrierten Kopfabstand und den beiden Einzelmesswerten, unabhängig von der Lage des Bauteils.
  • Der ultraschnelle und hochgenaue Laser-Wegmesssensor der Modellreihe LK-G5000 eignet sich für die schnelle berührungslose Höhen- und Abstandsmessung an gut zugänglichen Stellen, wenn hohe Geschwindigkeit gefragt ist.
  • Der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 liefert ein ganzes Querschnittsprofil und eignet sich, wenn neben der Dicke auch Breite oder Kontur in derselben Messung erfasst werden sollen.

Ein typisches Beispiel aus den dokumentierten Fällen ist die Differenzmessung, bei der die Höhe von Bauteil zu Gehäuserand und von Vergussmasse zu Gehäuserand getrennt erfasst und daraus die relevante Dicke abgeleitet wird. Welches Prinzip passt, ergibt sich aus Messstelle, geforderter Genauigkeit, Oberfläche und Zugänglichkeit.

Enger Bauraum im Retrofit

Ein wiederkehrendes Hindernis in der Praxis ist der Platz. Viele Klebe-, Dicht- und Dosierstationen sind Bestandsanlagen, in die eine Prüfung nachträglich eingebaut werden soll, und der vertikale Bauraum ist knapp. Ein Sensor, der zu hoch baut oder einen großen Arbeitsabstand braucht, passt dort nicht.

Für solche Fälle gibt es mehrere schlanke Integrationswege. Eine Spiegelumlenkung führt den Messstrahl um die Ecke, sodass ein schwer zugänglicher Messpunkt erreicht wird, ohne den Sensor selbst dort platzieren zu müssen. Kompakte Messköpfe passen in enge Einbausituationen und lassen sich näher an den Prozess setzen. Und eine Snapshot-Sensorik ohne zusätzliche Verfahrachse spart den Bauraum und die Mechanik, die eine bewegte Lösung benötigt. Welcher Weg der richtige ist, sollte man am realen Einbauort klären, weil dort die tatsächlichen Platzverhältnisse und Zugänglichkeiten entscheiden.

Verguss- und Füllhöhenkontrolle inline

Neben Raupen und Dicken tritt in der Elektronik- und Batteriefertigung ein weiterer Fall auf: die Kontrolle von Verguss- und Füllhöhen. Eine Leiterplatte wird mit Vergussmasse geschützt, ein Gehäuse teilweise gefüllt, und die Füllhöhe ist eine Prozessgröße, die überwacht werden muss.

Auch hier liefert die berührungslose Höhenmessung den entscheidenden Wert. Die Füllhöhe lässt sich in Verguss- und Dosierprozessen als Prozessgröße erfassen, und über die schon genannte Differenzmessung wird der Bezug zum Gehäuserand hergestellt. Wichtig ist die Rückführung: Werden die Messwerte in die Prozessregelung zurückgegeben, lässt sich der Prozess nachführen, bevor die Abweichung zum Ausschuss wird. Damit wird aus der reinen Kontrolle eine Regelgröße, die den Prozess stabil hält.

Auswertung und Nachweis statt reiner Gut/Schlecht-Aussage

Der letzte Schritt entscheidet über den Wert der Messung im Automotive-Umfeld. Eine reine Gut/Schlecht-Meldung genügt der Nachweispflicht gegenüber dem Kunden oft nicht. Gefragt sind Messwerte, die sich archivieren und im Reklamationsfall zurückverfolgen lassen.

In der Praxis heißt das, kontinuierliche Höhen- und Dickenprofile je Bauteil zu speichern, statt nur ein Ergebnis abzulegen. Damit lässt sich bei einer Reklamation oder in einem Kundenaudit belegen, dass das kritische Maß in der Toleranz lag. Die Übergabe des i.O./n.i.O.-Ergebnisses und der Messwerte an die Steuerung erfolgt in den dokumentierten Fällen über Profinet, sodass die Anlage reagieren und zugleich dokumentieren kann. Wie bei den anderen Aufgaben dieses Themenbereichs gilt auch hier: Klären Sie die Machbarkeit vorab am Originalbauteil, insbesondere bei schwierigen Oberflächen und beengtem Einbau, bevor spezifiziert wird.

Häufige Fragen

F Warum sieht eine Kamera die Höhe einer Kleberaupe nicht?

A

Eine 2D-Kamera bewertet Kontrast und Fläche, aber keine Höhe. Eine Raupe kann im Bild vollständig aussehen und trotzdem zu flach sein, um den Spalt zu füllen und dicht zu halten. Ein 3D-Profilsensor erfasst die Raupe als Erhebung über der Grundfläche und misst damit Höhe und Breite, das funktionsrelevante Maß.

F Wie prüft man Schwarz auf Schwarz ohne Kontrast?

A

Eine schwarze Dichtmasse auf schwarzem Bauteil ist für eine kontrastbasierte Kamera ein Grenzfall. Ein 3D-Laser-Profilsensor misst die Geometrie unabhängig von der Farbe und erkennt die Raupe an ihrer Höhe. So lassen sich Raupenhöhe und -breite gegen ein Sollband prüfen und Unterbrechungen oder Verjüngungen als n.i.O. erkennen.

F Wie funktioniert eine echte Dickenmessung?

A

Ein einzelner Sensor misst nur eine Höhe, die sich mit der Lage des Bauteils ändert. Für echte Dicke werden zwei gegenüberliegende Sensoren eingesetzt, etwa konfokale Wegmesssensoren der Modellreihe CL-3000. Die Dicke ergibt sich als Differenz aus dem kalibrierten Kopfabstand und den beiden Messwerten, unabhängig von der Lage im Messspalt.

F Wann passt ein Konfokalsensor und wann ein Laser?

A

Der konfokale Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000 eignet sich für kleine Messstellen, Innenmaße und anspruchsvolle Oberflächen bei hoher Genauigkeit. Der Laser-Wegmesssensor der Modellreihe LK-G5000 passt für schnelle Höhen- und Abstandsmessungen an gut zugänglichen Stellen. Soll zusätzlich ein Querschnittsprofil erfasst werden, ist ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 die Wahl.

F Wie lässt sich die Messung in eine beengte Bestandsanlage nachrüsten?

A

Bei knappem Bauraum helfen eine Spiegelumlenkung für schwer zugängliche Messpunkte, kompakte Messköpfe für enge Einbausituationen und eine Snapshot-Sensorik ohne zusätzliche Verfahrachse. Welcher Weg passt, klärt man am realen Einbauort, weil dort die tatsächlichen Platzverhältnisse und Zugänglichkeiten entscheiden.

F Wie wird die Prüfung für den Kunden nachweisbar?

A

Statt nur ein Gut/Schlecht-Ergebnis abzulegen, werden kontinuierliche Höhen- und Dickenprofile je Bauteil archiviert. Damit lässt sich bei Reklamation oder Kundenaudit belegen, dass das kritische Maß in der Toleranz lag. Ergebnis und Messwerte werden über Profinet an die Steuerung übergeben, sodass die Anlage reagiert und zugleich dokumentiert.

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