Kleberaupe, Lötstelle und Schweißnaht als Gut/Schlecht: Unterbrechung, Spritzer und Partikel an der Fügestelle erkennen

Eine transparente Kleberaupe auf einem grauen Motorbauteil, eine Lötstelle an einem Motordeckel, ein verschweißtes schwarzes Kunststoffteil, ein Riss an der Schweißnaht eines Rohrendes: In solchen Aufgaben aus der Fahrzeugfertigung fragt niemand nach einer Zahl. Gefragt wird, ob die Raupe da ist und durchgeht, ob die Lötstelle so aussieht wie das Gutmuster im Kasten, ob ein Partikel auf der Naht liegt, ob die Naht einen Riss trägt. Die Antwort ist Gut oder Schlecht, und sie muss in etwa einer Sekunde stehen. Dieser Beitrag bleibt bei dieser Frage; Breite, Höhe, Dicke und Volumen einer Fügestelle sind Messaufgaben mit eigener Sensorik. Die Grundlage sind wenige dokumentierte Fälle, und der Text hält sich an sie.

Wichtige Punkte im Überblick

An der Fügestelle fragt niemand nach einer Zahl, sondern ob die Raupe vorhanden und durchgängig ist, weshalb die Auswertung der bekannten Bahn folgt, jede Lücke oberhalb einer festgelegten Länge meldet und je Teil entscheidet, in dokumentierten Anwendungen in etwa einer Sekunde.
Eine transparente Raupe auf grauem Aluminium und ein Partikel auf mattem schwarzem Kunststoff heben sich im gleichmäßigen Auflicht kaum vom Untergrund ab, sodass die offene Frage die Beleuchtung ist und nicht die Kamera: Der Kontrast entsteht an Kanten und Brechung unter gerichtetem oder flach einfallendem Licht.
Wo statt einer Zahl ein Kasten mit Gut- und Schlechtmustern die Toleranz bildet, wird die AI-Klassifizierung der All-in-One Kameras mit integrierter AI der Modellreihe VS an den Bildern dieser Muster angelernt, bis sie dieselbe Grenze zieht wie der Mensch, der den Kasten sortiert hat, und die Grenze wird an weiteren Teilen aus der Linie bestätigt.
Ein Riss an der gewölbten, glänzenden Schweißnaht eines Rohrendes geht im Kontrastbild in den Hell-Dunkel-Verläufen der Wölbung unter, ist aber eine Tiefe und erscheint im Höhenbild aus den Profilen eines 2D/3D Laser-Profilsensors der Modellreihe LJ-X8000 als schmale Vertiefung, wofür das Rohrende sich unter dem Kopf dreht oder der Kopf über die Naht fährt.
Je Fügestelle gehen drei Aussagen an die SPS, vorhanden, ohne Unterbrechung und ohne Partikel oder Spritzer, und alles, was Breite, Höhe, Dicke, Nahtvolumen oder Einbrand als Zahl verlangt, ist eine Messung mit eigener Sensorik und gehört nicht in dieselbe Station.

Nicht wie breit, sondern ob: die Raupe als Gut/Schlecht-Frage

An einem Motorbauteil wird eine UV-härtende Kleberaupe auf einer Kreisbahn von rund 70 mm Durchmesser aufgetragen. Die Montage läuft im Takt einer Motorenlinie, und die Anforderung lautet wörtlich: vorhanden und durchgängig. Eine fehlende Raupe oder eine Lücke von wenigen Millimetern ergibt ein Bauteil, das im Betrieb undicht wird oder sich löst, unabhängig davon, wie breit die Raupe an den übrigen Stellen ist.

Die Prüfung sucht deshalb eine Unterbrechung entlang einer bekannten Bahn und entscheidet je Teil. Sie braucht kein Höhenprofil, sondern ein Bild, in dem sich die Raupe vom Untergrund trennt, und eine Auswertung, die der Bahn folgt und jede Lücke oberhalb einer festgelegten Länge meldet. In dokumentierten Anwendungen liegt das Bildfeld bei 55 bis 65 mm um die Raupe, die Verarbeitungszeit bei etwa einer Sekunde je Teil. Ob die Raupe an jeder Stelle die geforderte Breite und Höhe hat, ist eine Messung und nicht Gegenstand dieser Station.

Transparent auf grau, Partikel auf schwarz: Beleuchtung vor Kamera

Zwei der dokumentierten Fälle haben dieselbe Eigenschaft: Das, was gefunden werden soll, unterscheidet sich vom Untergrund kaum. Eine transparente Raupe auf grauem Aluminium hat im gleichmäßigen Auflicht fast keinen Kontrast, ein Partikel auf mattem schwarzem Kunststoff ebenso wenig. In beiden Fällen ist die Beleuchtung die offene Frage, nicht die Kamera.

Bei der transparenten Raupe entsteht der Kontrast an den Kanten und in der Brechung: Gerichtetes oder flach einfallendes Licht lässt die Raupenkante aufleuchten, während der graue Untergrund dunkel bleibt. Ist an der Station bereits eine Beleuchtung vorhanden, gehört sie mit offenem Ergebnis in den Versuch. Beim schwarzen Teil wirft der Partikel im gerichteten Licht einen Schatten oder eine Reflexion, die das matte Schwarz nicht liefert. All-in-One Kameras mit integrierter AI der Modellreihe VS sind für beide Aufgaben in dokumentierten Anwendungen die gewählte Bauform, weil Aufnahme, Beleuchtungssteuerung und Auswertung in einem Gerät sitzen. Ob die Raupe außerdem hoch genug ist, sieht dieses Bild nicht.

Das Grenzmuster ist die Toleranz: vom Musterkasten zum Prüfprogramm

In zwei der Fälle gibt es keine Zahl als Toleranz, sondern einen Kasten mit Musterteilen: Lötstellen, die noch in Ordnung sind, und solche, die es nicht mehr sind, dazu ein Rohrende mit einem Riss in der Größe, ab der das Teil schlecht ist. Der Musterkasten ist die Toleranz, und das Prüfprogramm muss dieselbe Grenze ziehen wie der Mensch, der die Muster sortiert hat.

In der Anwendungspraxis werden Gut- und Schlechtmuster unter der vorgesehenen Beleuchtung aufgenommen, und ein AI-Werkzeug wie die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera wird an eben diesen Bildern angelernt, statt dass jemand Schwellen von Hand setzt. Im Programm steht am Ende nicht eine Zahl aus dem Lastenheft, sondern die Grenze aus dem Kasten, bestätigt an weiteren Teilen aus der Linie. Eine Lötstelle, die zusätzlich auf ihre Höhe geprüft werden soll, ist ein Messfall und bleibt außen vor.

Lötstelle im Zehnsekundentakt: Bild oder Form

An einem Motordeckel entstehen Lötstellen in einem Lötzyklus von rund zehn Sekunden, und in dieselbe Zeit soll die Prüfung passen. An einem Wärmetauscher sollen die Lötstellen glatt und ohne Fehlstellen sein, über Dutzende Varianten hinweg. In beiden Fällen steht das Teil während der Prüfung, und damit stellt sich die Frage, ob ein Bild reicht oder die Form erfasst werden soll.

Ein Bild zeigt Kontrast: eine Stelle, an der das Lot nicht angeflossen ist, einen Flussmittelrest, eine matte Stelle im Glanz. Eine Form zeigt, ob die Lötstelle als Kuppe steht, eingefallen ist oder ein Loch hat, unabhängig vom Glanz. Steht das Teil, arbeiten in dokumentierten Anwendungen 3D Laser-Snapshot-Sensoren der Modellreihe LJ-S8000, die die Form in einer Aufnahme ohne Bewegung erfassen; die Modellreihe deckt Felder bis 640 x 640 mm ab, eine einzelne Lötstelle braucht davon nur einen kleinen Ausschnitt. Sobald aus derselben Aufnahme Lothöhe oder Lotvolumen als Zahl gefordert werden, wird aus der Entscheidung des Snapshot-Sensors eine Messung mit eigenen Toleranzen.

Riss an der Schweißnaht: eine Fehlerklasse, die lange gesucht wird

Der schwierigste Fall ist ein Riss an der Schweißnaht eines kugelig geformten Rohrendes, mit Grenzmustern als Fehlerdefinition und 1,5 s Prüfzeit. Für diese Klasse wird in dokumentierten Anwendungen seit Jahren nach einem Verfahren gesucht. Das sagt etwas über die Klasse: Auf einer gewölbten, metallisch glänzenden Fläche erzeugt die Wölbung selbst Hell-Dunkel-Verläufe, in denen ein feiner Riss im Kontrastbild untergeht.

Ein Riss ist eine Tiefe. Deshalb arbeiten hier 2D/3D Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 an der High-End Bildverarbeitung mit ultimativer Flexibilität der Modellreihe XG-X. Der Profilsensor erfasst je nach Messkopf X-Felder von 7,0 bis 510 mm mit einer Z-Wiederholgenauigkeit von 0,3 bis 10 µm bei Abtastraten bis 16 kHz und braucht eine Bewegung: Das Rohrende dreht sich unter dem Kopf, oder der Kopf fährt über die Naht. Im Höhenbild der Nahtzone, in dokumentierten Anwendungen etwa 15 x 15 mm, erscheint der Riss als schmale Vertiefung. Geprüft wird auf Riss, Spritzer und Nahtunterbrechung; Nahtbreite, Nahtvolumen und Einbrand sind Messgrößen und werden an dieser Station nicht bewertet.

Zehn Varianten, ein Programm: was der Wechsel kostet

Fünf bis zehn Typen am verschweißten Kunststoffteil, knapp zehn Varianten an der Lötstelle des Motordeckels, Dutzende am Wärmetauscher: Kaum eine dieser Stationen prüft nur ein Teil. Bei einer Gut/Schlecht-Prüfung an der Fügestelle ist der Variantenwechsel günstiger als bei einer Messung, weil sich mit dem Typ meist nur die Lage der Fügestelle im Bild ändert, nicht das Fehlerbild. Eine Unterbrechung sieht an Variante drei aus wie an Variante acht.

In der Anwendungspraxis wird deshalb ein Programm je Typ mit einer Suchregion je Fügestelle angelegt, die Klassifizierung der Fehlerbilder aber gemeinsam trainiert; die Steuerung wählt das Programm über eine Variable. Was der Wechsel kostet, sind Musterteile: Für jede Variante müssen Gut- und Schlechtteile vorliegen, sonst zieht das Programm die Grenze an einer Variante, die es nie gesehen hat. Variantenabhängige Breitentoleranzen einer Raupenmessung kommen an dieser Station nicht vor.

Was an die SPS geht: Anwesenheit, Unterbrechung, Partikel

Das Ergebnis einer Fügestellenprüfung ist einfach und sollte einfach bleiben. Je Fügestelle gehen drei Aussagen an die Steuerung: Die Raupe oder Naht ist vorhanden, sie ist ohne Unterbrechung, und auf ihr liegt kein Partikel und kein Spritzer. Daraus bildet die SPS den Gesamtbefund und entscheidet, ob das Teil weiterläuft oder ausgeschleust wird.

In den dokumentierten Fällen ist PROFINET die geforderte Schnittstelle; die All-in-One Kamera gibt Einzelergebnisse und Gesamtbefund über EtherNet/IP, PROFINET, PLC-Link oder EtherCAT aus. Wird die Unterbrechung als Länge in Millimetern gemeldet, hilft das der Instandhaltung beim Beurteilen des Auftragskopfs; eine Zahl für Breite oder Höhe der Raupe steckt darin nicht.

Wo die Prüfung aufhört: Breite, Höhe und Nahtgeometrie sind Messungen

Die Grenze dieses Beitrags ist die Grenze der Station. Sie beantwortet, ob die Fügestelle da ist, ob sie durchgeht und ob etwas auf ihr liegt, das nicht dorthin gehört. Sie beantwortet nicht, wie breit, wie hoch und wie dick die Raupe ist und wie viel Dichtstoff aufgetragen wurde; diese Größen gehören in den Beitrag zur Kleberaupen-, Dicht- und Dickenmessung in der Fahrzeugfertigung. Ebenso wenig beantwortet sie, ob eine Schweißnaht das geforderte Volumen und den geforderten Einbrand hat.

Diese Trennung ist kein Formalismus. Eine Gut/Schlecht-Prüfung braucht Kontrast oder ein Höhenbild und ein Grenzmuster, eine Messung braucht eine kalibrierte Achse und eine Toleranz in Millimetern. Wer beides in einer Station verlangt, bekommt in der Regel eine Station, die für beides zu langsam ist.

Häufige Fragen

F Wann ist die Prüfung einer Kleberaupe eine Gut/Schlecht-Frage und wann eine Messung?

Eine Gut/Schlecht-Frage ist es, wenn die Anforderung lautet: vorhanden und durchgängig. Die Station folgt der Raupenbahn im Bild und meldet jede Lücke oberhalb einer festgelegten Länge. Sobald Breite, Höhe, Dicke oder Auftragsmenge als Zahl mit Toleranz gefordert sind, ist es eine Messaufgabe mit eigener Sensorik.

F Warum ist bei einer transparenten Raupe die Beleuchtung wichtiger als die Kamera?

Weil eine transparente Raupe auf grauem Metall im gleichmäßigen Auflicht fast keinen Kontrast hat. Sichtbar wird sie an den Kanten und in der Brechung, also unter gerichtetem oder flach einfallendem Licht. In einem dokumentierten Fall war die Beleuchtung der Punkt, der vor der Kamerawahl im Versuch zu klären war.

F Wie wird aus einem Kasten mit Grenzmustern ein Prüfprogramm?

Gut- und Schlechtmuster werden unter der vorgesehenen Beleuchtung aufgenommen, und ein AI-Werkzeug der All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS wird an diesen Bildern angelernt, bis es alle Muster so einteilt wie der Mensch, der den Kasten sortiert hat. Vor dem Scharfschalten wird die Grenze an weiteren Teilen aus der Linie bestätigt.

F Wann braucht eine Lötstelle einen Snapshot der Form statt eines Bildes?

Wenn der Fehler eine Gestalt ist, also eine eingefallene Kuppe oder ein Loch im Lot, und der Glanz der Oberfläche das Kontrastbild unzuverlässig macht. Steht das Teil während der Prüfung, erfassen 3D Laser-Snapshot-Sensoren der Modellreihe LJ-S8000 die Form in einer Aufnahme ohne Bewegung. Sobald daraus Lothöhe oder Lotvolumen als Zahl gefordert werden, ist es eine Messung.

F Warum ist ein Riss an einer gewölbten Schweißnaht mit einem Kontrastbild schwer zu finden?

Weil die Wölbung selbst Hell-Dunkel-Verläufe im Bild erzeugt, in denen ein feiner Riss untergeht. Ein Riss ist eine Tiefe und wird im Höhenbild aus den Profilen eines 2D/3D Laser-Profilsensors der Modellreihe LJ-X8000 als schmale Vertiefung sichtbar, unabhängig vom Glanz. Dafür braucht die Station eine Bewegung von Teil oder Kopf.

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