Verbau- und Sitzkontrolle nach dem Schweißen und Fügen: sitzt Clip, Bolzen und Ring lagerichtig?

Nach dem Schweißen oder Fügen stellt sich eine einfache, aber folgenreiche Frage: Sitzt jedes Bauteil an der richtigen Position und ist es korrekt ausgerichtet?

Ein nicht eingerasteter Clip, ein versetzter Bolzen oder ein verkippt eingesetzter Ring wird in der Fertigung häufig nicht sofort erkannt. Der Fehler fällt oft erst im Folgeprozess oder beim Kunden auf. In der Metallverarbeitung erschweren die Oberflächenbedingungen die Prüfung zusätzlich. Auf öligem und glänzendem Blech liefert ein reines 2D-Bild häufig keine eindeutige Aussage.

Dieser Beitrag zeigt, welche Prüfmerkmale entscheidend sind, warum die Höhe häufig die zuverlässigste Prüfgröße ist und wie sich aus zahlreichen Einzelmerkmalen eine klare OK- oder NG-Entscheidung ableiten lässt. Die Übergabe der Position an einen Roboter behandelt der Leitartikel. Im Mittelpunkt dieses Beitrags steht die zuverlässige Kontrolle nach dem Fügen.

Wichtige Punkte im Überblick

Ein nicht eingerasteter Clip, ein versetzter Bolzen oder ein verkippter Ring fällt in der Fertigung oft nicht auf, sondern erst im Folgeprozess oder beim Kunden, teils bei sicherheitsrelevanten Baugruppen.
Die wiederkehrenden Prüfmerkmale sind das vollständige Einrasten von Clip und Niet, Position, Überstand und Durchmesser von Bolzen und Stiften sowie Spalt und Versatz an gefügten Baugruppen.
Eine reine 2D-Merkmalsflut liefert auf öligem und glänzendem Blech oft keine klare OK/NG-Aussage, weil Reflexe den Kontrast verändern und sich viele Einzelstreuungen überlagern.
Zeigt sich der Sitz in der Höhe, ist die 3D-Messung der stabilere Weg, etwa mit einem 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000, der Überstand, Einrasten und Spalt unabhängig von Farbe und Glanz bewertet.
Die Prüfschärfe wird über Grenzmuster eingestellt, Toleranzen liegen in dokumentierten Anwendungen für Sitz und Versatz häufig im Bereich einiger Hundertstel Millimeter, und eine vertraglich geforderte Prozessfähigkeit mit cg oder cpk sollte früh eingeplant werden.

Warum die Sitzkontrolle über Funktion, Sicherheit und Reklamationen entscheidet

Ein falsch sitzendes Bauteil ist selten nur ein optischer Mangel. Ein nicht vollständig eingerasteter Clip kann sich später lösen. Ein versetzter Bolzen kann die weitere Montage verhindern. Ein verkippter Ring kann die Funktion der Baugruppe beeinträchtigen.

In vielen Fällen handelt es sich um sicherheitsrelevante Komponenten, beispielsweise in Bremsanlagen oder Unterbodengruppen. Ein Montagefehler verursacht dann nicht nur zusätzliche Kosten, sondern kann auch ein Sicherheitsrisiko darstellen.

Der Anstoß für ein Prüfprojekt ist häufig ein Fehler, der zu spät erkannt wurde. Ein versetzter oder fehlender Bolzen fällt beispielsweise erst bei der Weiterverarbeitung oder beim Endkunden auf, teilweise sogar in einem weit entfernten Werk. Die anschließende Nacharbeit ist teuer. Eine Reklamation kann außerdem eine vollständige Kontrolle aller gefertigten Teile erforderlich machen.

Das Anwendungsspektrum ist breit. Es reicht von Clips und Nieten an Baugruppen über eingepresste Bolzen und Stifte bis hin zu Ringen in Nuten und komplexen verzahnten Baugruppen.

Typische Prüfaufgaben: Clip und Niet eingerastet, Bolzen und Stift auf Position und Höhe

Obwohl sich die Bauteile unterscheiden, lassen sich die Prüfaufgaben in wenige Gruppen einteilen.

Die erste Gruppe umfasst das vollständige Einrasten und die korrekte Ausrichtung. Ein Clip oder eine Niet muss vollständig eingesetzt sein und darf weder verkantet noch verdreht sitzen.

Die zweite Gruppe betrifft die Position und Höhe von Bolzen und Stiften. Ein eingepresster oder aufgeschweißter Bolzen muss in X und Y an der richtigen Stelle stehen. Zusätzlich müssen sein Sollüberstand und sein Durchmesser eingehalten werden. In dokumentierten Anwendungen liegt die geforderte Positionsgenauigkeit im Bereich von einigen Zehntelmillimetern. Für die Höhenprüfung werden häufig Genauigkeiten im Zehntel- bis Hundertstelmillimeterbereich gefordert. Dabei können sich zahlreiche Prüfmerkmale über eine große Blechtafel verteilen.

Die dritte Gruppe betrifft Spaltmaße und Versätze an gefügten Metallbaugruppen. Typische Prüfaufgaben sind:

Ist der Clip vollständig eingerastet und korrekt ausgerichtet?
Befindet sich jeder Bolzen an der vorgesehenen Position und weist er den richtigen Durchmesser und Überstand auf?
Ist der Ring vorhanden, korrekt orientiert und vollständig in die Nut eingesetzt?
Stimmen Spaltmaß und Versatz zwischen den gefügten Bauteilen?

Warum eine Vielzahl von 2D-Merkmalen auf öligem Blech oft keine eindeutige Aussage ermöglicht

Der naheliegende Ansatz besteht darin, eine 2D-Kamera einzusetzen, die zahlreiche Merkmale gleichzeitig prüft. In der Praxis stößt dieses Konzept jedoch an Grenzen, sobald an einer Station viele Merkmale zuverlässig bewertet werden müssen.

Jedes einzelne Grauwertmerkmal weist eine gewisse Streuung auf. Bei einer großen Anzahl von Merkmalen summieren sich diese Unsicherheiten. Es entsteht eine Vielzahl einzelner Prüfergebnisse, aus denen sich nicht immer eine eindeutige OK- oder NG-Entscheidung ableiten lässt.

Die Oberflächenbedingungen verschärfen das Problem. Auf öligem und glänzendem Blech entstehen gerichtete Reflexionen. Dadurch kann der Kontrast einer Kante oder eines Sitzbereichs von Teil zu Teil schwanken. Ein Merkmal, das auf einem sauberen Muster deutlich sichtbar ist, kann auf dem realen Bauteil durch eine Reflexion überlagert werden.

Das Ergebnis ist eine Prüfung, die entweder zu viele Gutteile ausschleust oder nicht ausreichend sicher arbeitet.

Der Betreiber benötigt jedoch meist eine klare und prozesssichere Aussage: Sitzt das Bauteil korrekt oder nicht? Diese Eindeutigkeit entsteht nicht zwangsläufig durch eine größere Anzahl an 2D-Merkmalen. Entscheidend ist vielmehr, die Prüfung auf die Messgröße zu stützen, die den korrekten Sitz tatsächlich beschreibt. In vielen Fällen ist dies die Höhe.

Höhenrelevante Merkmale: wann der Laser-Profilsensor die sichere Wahl ist

Sitz, Überstand und Spalt sind im Kern häufig Höhenmerkmale. Ob ein Clip vollständig eingerastet ist, zeigt sich an seiner Höhe über dem Blech. Ob ein Bolzen korrekt sitzt, lässt sich anhand seines Überstands beurteilen. Bei einem Ring entscheidet die Höhe der Oberkante darüber, ob er vollständig in der Nut liegt.

Ein reines 2D-Bild kann diese Informationen nur indirekt und mit entsprechender Unsicherheit erfassen. Ein Höhensensor misst sie dagegen direkt.

Ein 2D- oder 3D-Laserprofilsensor der Modellreihe LJ-X8000 erfasst Höhen unabhängig von Farbe und Glanz. Dadurch liefert er auch auf öligen und spiegelnden Blechen stabile Messergebnisse. Bei großen Blechtafeln mit zahlreichen Bolzen bewegt sich der Messkopf häufig auf einem Portal über das fixierte Bauteil. So können Position und Höhe jedes einzelnen Merkmals geprüft werden.

Wenn ein festes 3D-Messfeld ausreicht und keine Bewegung erforderlich ist, erfasst ein 3D-Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000 die Höheninformationen in einer einzigen Aufnahme.

Nicht jede Prüfaufgabe erfordert jedoch eine 3D-Messung. Wenn der Kontrast ausreichend ist und sich das Prüfmerkmal in der Ebene eindeutig erkennen lässt, genügt häufig eine 2D-Auswertung. Ein Bildverarbeitungssystem der Modellreihen CV-X oder XG-X kann die Position und Anwesenheit mehrerer Merkmale in einem Bild prüfen. Ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 eignet sich für einfachere Sitz- und Anwesenheitsprüfungen. Eine All-in-One-Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS unterstützt Aufgaben mit schwachem Metallkontrast durch Zoom und geeignete AI-Werkzeuge.

Ob 2D oder 3D die zuverlässigere Lösung ist, lässt sich seriös nur anhand von Originalteilen und unter realen Prozessbedingungen entscheiden.

Toleranzen, Grenzmuster und MSA: die Prüfschärfe festlegen

Eine Prüfung ist nur so gut wie ihre Grenzen. Bevor ein System ausgelegt wird, sollten die Toleranzen für Sitz, Position und Versatz feststehen. In der Anwendungspraxis liegen sie für Sitz und Versatz häufig im Bereich einiger Hundertstel Millimeter, für Anwesenheit und Lage im Zehntelbereich. Erst diese Werte legen fest, wie fein das System auflösen muss.

Zur Festlegung der Prüfschärfe gehören Grenzmuster. Ein bewusst grenzwertiges Gutteil und ein knappes Schlechtteil zeigen, wo die Anlage die Trennlinie ziehen soll, und machen die Prüfung nachvollziehbar. Ohne solche Muster bleibt die Schwelle eine Vermutung.

Wo die Prozessfähigkeit vertraglich gefordert ist, gehört sie früh in die Planung. Eine Messsystemanalyse und Kennwerte wie cg oder cpk lassen sich nur erfüllen, wenn Auflösung, Wiederholgenauigkeit und Beleuchtung von Beginn an darauf ausgelegt sind. Wird die Fähigkeit erst nach der Installation betrachtet, ist eine Nachbesserung teuer.

Ergebnis an die SPS: Ausschleusung und Rückmeldung im selben Takt

Entscheidend ist, dass das Prüfergebnis innerhalb des vorgesehenen Anlagentakts verarbeitet wird. Das OK- oder NG-Signal sowie die zugehörigen Messwerte werden über PROFINET oder eine andere gängige Schnittstelle an die Steuerung übertragen. Ein fehlerhaftes Bauteil kann dadurch ausgeschleust oder der Prozess angehalten werden, bevor sich der Fehler fortsetzt.

Sinnvoll ist eine Rückmeldung, die neben der Gut- oder Schlechtentscheidung auch den konkreten Messwert übermittelt. So lässt sich unterscheiden, ob ein Bolzen fehlt, versetzt sitzt oder nur knapp außerhalb der Toleranz liegt. Die Nacharbeit kann dadurch gezielt erfolgen. Voraussetzung ist, dass die Auswertung und Datenübertragung innerhalb des laufenden Anlagentakts abgeschlossen werden.

Wenn eine Rückverfolgbarkeit erforderlich ist, kann das Prüfergebnis zusätzlich für jedes Bauteil dokumentiert werden. Messwert und Bewertung werden gespeichert, sodass sich im Reklamationsfall nachweisen lässt, dass die Baugruppe die Prüfung bestanden hat.

Für eine zuverlässige Integration und Auslegung gilt auch hier: Ein Machbarkeitstest mit Originalteilen sowie eine frühzeitige Klärung der Verantwortlichkeiten für Integration und Inbetriebnahme machen aus einer Prüfidee eine belastbare Serienlösung.

Häufige Fragen

F Warum liefert eine 2D-Kamera auf öligem Blech oft keine sichere Sitzkontrolle?

Auf öligem und glänzendem Blech kann der Kontrast einer Kante oder eines Sitzbereichs von Teil zu Teil schwanken. Ursache sind Reflexionen, die das Kamerabild verändern. Werden an einer Station gleichzeitig viele Merkmale geprüft, summieren sich die Unsicherheiten der einzelnen Auswertungen. Dadurch entsteht eine große Anzahl schwankender Prüfergebnisse, aus denen sich nicht immer eine eindeutige Aussage ableiten lässt.

Die Folge ist entweder eine zu hohe Ausschussrate oder eine unzureichende Prüfzuverlässigkeit. Eine Messung, die sich auf die Höhe des relevanten Merkmals stützt, kann dieses Problem umgehen.

F Wann wird für die Verbau- und Sitzkontrolle eine 3D-Messung benötigt?

Eine 3D-Messung ist besonders dann sinnvoll, wenn das entscheidende Prüfmerkmal durch seine Höhe definiert ist. Dazu gehören beispielsweise der Überstand eines Bolzens, das vollständige Einrasten eines Clips oder die Position eines Rings innerhalb einer Nut.

Ein 2D- oder 3D-Laserprofilsensor der Modellreihe LJ-X8000 sowie ein 3D-Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000 erfassen solche Höhen direkt und unabhängig von Farbe und Oberflächenglanz.

Wenn der Kontrast ausreichend ist und sich das Prüfmerkmal in der Ebene eindeutig erkennen lässt, genügt dagegen häufig eine 2D-Auswertung.

F Wie genau lässt sich die Position eines Bolzens auf einem Blech prüfen?

In der Praxis liegt die geforderte Positionsgenauigkeit für Bolzen und Stifte häufig im Bereich einiger Zehntelmillimeter. Für die Höhenprüfung werden je nach Anwendung Genauigkeiten im Zehntel- bis Hundertstelmillimeterbereich gefordert.

Bei großen Blechtafeln mit zahlreichen Bolzen bewegt sich ein Laserprofilsensor häufig auf einem Portal über das fixierte Bauteil. Die tatsächlich erreichbare Genauigkeit hängt jedoch von der gesamten Messkette ab. Dazu gehören unter anderem Sensor, Optik, Mechanik, Bewegungssystem, Bauteiltoleranzen und Umgebungsbedingungen.

Die erreichbare Genauigkeit sollte deshalb in einem Machbarkeitstest mit Originalteilen überprüft werden.

F Wozu dienen Grenzmuster bei der Sitzkontrolle?

Grenzmuster bestehen aus einem bewusst grenzwertigen Gutteil und einem knapp außerhalb der Toleranz liegenden Schlechtteil. Anhand dieser Muster wird festgelegt, wo das System die Trennlinie zwischen gut und schlecht ziehen soll.

Sie machen die Prüfschwelle nachvollziehbar und verhindern, dass diese lediglich auf einer Annahme beruht. Ohne geeignete Grenzmuster lässt sich die erforderliche Prüfschärfe weder zuverlässig einstellen noch später eindeutig überprüfen.

F Wie kommt das Prüfergebnis in die Anlagensteuerung?

Das OK- oder NG-Signal sowie die zugehörigen Messwerte werden über PROFINET oder eine andere gängige Schnittstelle an die SPS übertragen. Ein fehlerhaftes Bauteil kann dadurch im vorgesehenen Anlagentakt ausgeschleust oder der Prozess angehalten werden, bevor sich der Fehler fortsetzt.

Wenn zusätzlich der konkrete Messwert übermittelt wird, kann die Nacharbeit gezielt unterscheiden, ob ein Teil fehlt, versetzt sitzt oder nur knapp außerhalb der Toleranz liegt.

F Muss ich Prozessfähigkeit und MSA von Anfang an einplanen?

Wenn die Prozessfähigkeit vertraglich gefordert ist, sollte diese Anforderung bereits bei der Auslegung des Prüfsystems berücksichtigt werden. Kennwerte wie Cg und Cpk lassen sich nur erreichen, wenn Auflösung, Wiederholgenauigkeit und Beleuchtung von Beginn an darauf abgestimmt sind.

Wird die Messsystemanalyse erst nach der Installation durchgeführt, können notwendige Anpassungen deutlich teurer werden als eine geeignete Auslegung im Vorfeld.

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