Verbauprüfung in Montagezellen: Clips, Stecker und Verschraubungen prozesssicher abfragen

Eine Montagezelle liefert nicht nur eine montierte Baugruppe, sondern auch die Gewissheit, dass sie vollständig ist. Bevor der nächste Takt startet oder das Teil die Zelle verlässt, muss die Anlage bestätigen: Alle Clips sind gesteckt, die Stecker sind verrastet, die Schrauben sitzen, Buchsen und Pins sind an ihrer Position. Diese Verbauprüfung ist in der Anwendungspraxis die häufigste Prüfaufgabe in gelieferten Zellen, und zugleich eine, die mit einfacher Sensorik regelmäßig scheitert. Dieser Beitrag zeigt, wie sich Verbauprüfungen mit mehreren Merkmalen prozesssicher auslegen lassen: von Kamerapositionen und Variantenhandling bis zu den Fällen, in denen nur ein Höhenprofil die Verrastung sicher bewertet. Er gehört zum Themenfeld der Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung im Maschinen- und Anlagenbau und vertieft dessen häufigste Einzelaufgabe.

Wichtige Punkte im Überblick

Die Verbauprüfung von Clips, Steckern, Schrauben und Pins gehört in die Zelle, vor den Prozessschritt, der den Fehler unumkehrbar macht: Das Prüfergebnis gibt den nächsten Takt frei oder sperrt ihn.
Anwesenheit allein genügt nicht: Die Prüfung bewertet auf einer zweiten Ebene den Zustand des Merkmals, also verrastet oder offen, bündig oder abstehend, lagerichtig oder verdreht.
Für mehrere Prüfstellen gibt es zwei Grundmuster: fest verbaute Kameras, die parallel prüfen und die Taktzeit schonen, oder eine Kamera am Roboterarm, die viele Positionen nacheinander anfährt.
Varianten werden über die Programmvorwahl der SPS beherrscht: Die Steuerung ruft beim Typwechsel automatisch das passende Prüfprogramm auf, ohne dass jemand den Sensor an der Linie bedient.
Bei wenig Kontrast und Glanz, etwa schwarzen Clips auf schwarzem Träger, machen zwei Hebel die Aufgabe beherrschbar: eine angepasste Beleuchtung und das AI-Werkzeug des AI-Vision-Sensors der Modellreihe IV4, das aus Gut- und Schlechtbeispielen lernt.

Fehlende Clips und offene Verrastungen: warum die Prüfung in die Zelle gehört

Der Auslöser ist fast immer derselbe. Ein Clip fehlt, eine Verrastung ist nicht geschlossen, eine Schraube wurde übersprungen, und der Fehler fällt erst beim Endkunden auf. Häufig folgt als Sofortmaßnahme eine Sichtprüfung durch Werker, und genau hier beginnt das Problem: Über eine Schicht hinweg ist die manuelle Kontrolle von einem Dutzend gleichartiger Merkmale an dunklen Baugruppen nicht zuverlässig durchzuhalten.

Deshalb gehört die Prüfung dorthin, wo der Fehler entsteht und noch korrigierbar ist: in die Zelle, vor den Prozessschritt, der ihn unumkehrbar macht. Ein nicht verrasteter Stecker lässt sich an der Station in Sekunden nachdrücken. Ist die Baugruppe erst verbaut, verpackt oder ausgeliefert, wird aus demselben Fehler ein Serviceeinsatz.

Für den Maschinenbauer hat die Prüfung in der Zelle noch einen zweiten Wert: Sie verriegelt den Prozess. Das Prüfergebnis gibt den nächsten Takt frei oder sperrt ihn, meldet n.i.O.-Teile an die Steuerung und dokumentiert, dass jede Baugruppe die Kontrolle durchlaufen hat.

Anwesenheit allein genügt nicht: Verrastung und Sekundärverriegelung prüfen

Viele Verbauprüfungen beginnen als einfache Anwesenheitsabfrage und wachsen dann. Denn dass ein Stecker vorhanden ist, sagt noch nicht, dass er verrastet ist. Ein aufgesetzter, aber nicht eingerasteter Steckverbinder sieht auf den ersten Blick aus wie ein korrekt montierter, hält aber keiner Belastung stand. Dasselbe gilt für Sekundärverriegelungen, die erst in einer zweiten Bewegung schließen, für Rasthaken, die nicht vollständig eingeschnappt sind, und für umgebogene Laschen, die nur teilweise anliegen.

Die Prüfung braucht deshalb zwei Ebenen. Die erste Ebene bestätigt die Anwesenheit: Das Merkmal ist da oder fehlt. Die zweite Ebene bewertet den Zustand: verrastet oder offen, bündig oder abstehend, lagerichtig oder verdreht.

Praktisch bedeutet das für die Auslegung: Die kritischen Merkmale bestimmen Auflösung und Blickrichtung. Deshalb lohnt es sich, früh mit dem Fehlerkatalog zu arbeiten: Welche Fehlerbilder müssen sicher erkannt werden, aus welcher Richtung sind sie sichtbar, und welche Prüfstellen lassen sich in einem Bild zusammenfassen?

Mehrere Prüfstellen, eine Station: feste Kameras oder Kamera am Roboterarm

Verbauprüfungen sind selten Einzelpunktaufgaben. In der Anwendungspraxis kommen einige wenige bis über ein Dutzend Merkmale pro Prüfprogramm zusammen, verteilt über Bildfelder von rund 50 mm bis über 1000 mm, teils an mehreren Seiten der Baugruppe. Für die Stationsauslegung gibt es zwei Grundmuster.

Fest verbaute Kameras sind die einfachste Lösung, wenn die Prüfstellen in wenigen Blickrichtungen liegen. Mehrere Sensoren teilen sich die Baugruppe auf, jeder prüft seinen Bereich, und die Ergebnisse laufen in der Steuerung zusammen. Der Vorteil liegt in der Taktzeit: Alle Bereiche werden parallel geprüft, was bei 1 bis 6 Sekunden je Takt oft den Ausschlag gibt. AI-Vision-Sensoren der Modellreihe IV4 decken dieses Muster gut ab, weil jedes Gerät mehrere Prüfstellen in einem Programm bewertet und die Zelle mit wenigen Geräten auskommt.

Die Kamera am Roboterarm (on-hand) ist das Muster für verteilte Prüfstellen an großen oder komplexen Baugruppen. Der Roboter fährt die Positionen nacheinander an, eine einzige Kamera prüft viele Stellen, auch an Seiten, die fest verbaute Kameras nicht erreichen, um den Preis von Verfahrzeit im Takt. Bei vielen Positionen und kombinierten Auswertungen übernimmt die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G die Verwaltung mehrerer Kameras und Prüffolgen in einer Zelle.

Arbeitsabstände bis etwa 1500 mm sind in dokumentierten Fällen umsetzbar, wollen aber früh festgelegt sein, weil sie Optik, Beleuchtung und Bauraum der Halterungen bestimmen.

Varianten beherrschen: Typprogramme und Programmvorwahl über die SPS

Kaum eine Montagezelle baut nur einen Typ. Links- und Rechtsvarianten sind der Normalfall, und viele Anlagen fertigen deutlich mehr Typen mit unterschiedlicher Bestückung. Für die Prüfung heißt das: Dasselbe Merkmal kann je nach Typ vorhanden sein müssen oder fehlen dürfen, an anderer Position liegen oder anders aussehen.

Das bewährte Muster ist die Programmvorwahl über die SPS. Für jeden Typ existiert ein Prüfprogramm, und die Steuerung ruft es beim Typwechsel automatisch auf, über Profinet, EtherCAT oder IO-Signale. Niemand bedient den Sensor an der Linie, und ein falsches Prüfprogramm ist ausgeschlossen, solange die Typinformation in der Steuerung stimmt.

Bei der Auslegung zählt weniger die reine Programmanzahl als die Pflege. Deshalb sollte das Einlernen neuer Typprogramme so einfach sein, dass es die Instandhaltung des Endkunden übernimmt, und die Programme sollten zentral gesichert werden, damit ein Gerätetausch nicht alle Typen neu kostet. Steigen Variantenzahl und Merkmalsmix weiter, etwa wenn zusätzlich Codes gelesen oder Typenschilder geprüft werden, ist die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS die nächste Klasse: mehr Werkzeuge, optischer Zoom und Codelesung in einem Gerät.

Wenig Kontrast und Glanz: Beleuchtung und AI-Werkzeug des AI-Vision-Sensors

Die Klassiker der Verbauprüfung sind optisch undankbar: schwarze Clips auf schwarzem Träger, verzinkte Schrauben vor metallischem Hintergrund, dunkle Stecker in dunklen Gehäusen. Lichtschranken decken Lage und Variante nicht ab, und pixelvergleichende Kameras schalten falsch, sobald Fremdlicht, Glanz oder Bauteiltoleranzen das Bild verändern. In der Anwendungspraxis ist eine Prüfung, die einzelne Merkmale nicht zuverlässig erkennt, ein wiederkehrender Grund für den Umbau.

Zwei Hebel machen die Aufgabe beherrschbar. Der erste ist die Beleuchtung: Ein gerichtetes Auflicht hebt einen Clip vom Träger ab, eine flache Beleuchtung macht ein Spaltmaß sichtbar, und ein stabiler Beleuchtungszustand entkoppelt die Prüfung vom Hallenlicht. Der zweite Hebel ist das AI-Werkzeug des AI-Vision-Sensors der Modellreihe IV4: Statt fester Schwellwerte lernt es aus i.O.- und n.i.O.-Beispielen, wie ein korrekt montiertes Merkmal aussieht. Zulässige Schwankungen in Oberfläche, Lage und Helligkeit werden als gut akzeptiert, das Fehlerbild bleibt trotzdem sicher erkannt. Gerade bei wenig Kontrast ist dieser lernende Ansatz stabiler als jede handjustierte Schwelle.

Wichtig bleibt die Ehrlichkeit beim Einlernen: Die Beispiele müssen die reale Streuung enthalten, auch Teile an der Grenze. Ein Prüfprogramm, das nur mit Laborteilen eingelernt wurde, erzeugt an der Linie Pseudofehler.

Wenn nur die Höhe entscheidet: Laser-Profilsensoren für Sitz und Bündigkeit

Es gibt Verbaumerkmale, die im 2D-Bild grundsätzlich nicht sicher zu bewerten sind. Ein eingepresster Pin, der 0,5 mm übersteht, ein Rasthaken, der geschlossen aussieht, aber nicht bündig sitzt, eine Buchse, die minimal schief eingepresst wurde: Von oben betrachtet unterscheiden sich Gut- und Schlechtteil kaum, weil der Unterschied in der Höhe liegt, nicht im Kontrast.

Für diese Fälle ist der Wechsel auf das Höhenprofil der sauberere Weg. Der 3D Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000 erfasst den Querschnitt des Merkmals und entscheidet über Höhe, Bündigkeit und Form, unabhängig von Farbe, Glanz und Fremdlicht. Ob ein schwarzer Rasthaken auf schwarzem Grund geschlossen ist, wird damit zur einfachen Höhenfrage.

In der Zellenpraxis kombinieren viele Stationen beide Welten: Der AI-Vision-Sensor prüft die Anwesenheits- und Lagemerkmale in der Fläche, der Profilsensor übernimmt die wenigen Merkmale, an denen die Höhe entscheidet. Wie diese Entscheidung bei Dichtungen und Kleberaupen ausfällt, wo 3D noch häufiger den Ausschlag gibt, vertieft der Beitrag zu Dichtungssitz und Kleberaupenprüfung.

Häufige Fragen

F Wie prüft man, ob ein Stecker richtig verrastet ist?

Die Verrastung zeigt sich an einem Detail, etwa der Stellung des Rasthakens oder einem Spaltmaß zwischen Steckerteilen. Ein AI-Vision-Sensor lernt aus Beispielbildern, wie ein verrasteter und ein offener Stecker aussehen, und bewertet damit Anwesenheit und Zustand in einem Prüfprogramm. Ist der Unterschied nur in der Höhe sichtbar, etwa bei einem nicht bündig sitzenden Haken, übernimmt ein Laser-Profilsensor die Bewertung über das Höhenprofil.

F Wie viele Prüfstellen kann eine Kamera in einer Montagezelle abdecken?

In der Anwendungspraxis prüft ein Gerät einige wenige bis über ein Dutzend Merkmale in einem Programm, bei Bildfeldern von rund 50 mm bis über 1000 mm. Bei verteilten Prüfstellen arbeiten mehrere fest verbaute Sensoren parallel, oder eine Kamera am Roboterarm fährt die Positionen nacheinander an. Die Grenze setzen Taktzeit, Blickrichtungen und die Auflösung, die das kleinste kritische Merkmal braucht.

F Feste Kamera oder Kamera am Roboterarm: was ist besser?

Fest verbaute Kameras prüfen parallel und sind bei knappen Taktzeiten im Vorteil, brauchen aber je Blickrichtung ein Gerät. Eine Kamera am Roboterarm erreicht viele Positionen und auch schwer zugängliche Seiten der Baugruppe, kostet dafür Verfahrzeit im Takt. Die Wahl folgt aus der Zahl der Blickrichtungen, der Taktzeit und dem Bauraum der Zelle; beide Muster lassen sich in einer Station kombinieren.

F Wie geht die Prüfung mit Links- und Rechtsvarianten um?

Für jeden Typ wird ein eigenes Prüfprogramm eingelernt, und die SPS wählt es beim Typwechsel automatisch vor, über Profinet, EtherCAT oder IO-Signale. An der Linie bedient niemand den Sensor, und ein falsches Programm ist ausgeschlossen, solange die Typinformation der Steuerung stimmt. Neue Varianten lernt die Instandhaltung als zusätzliches Programm ein, ohne bestehende Typen zu verändern.

F Wie erkennt man schwarze Clips auf schwarzem Kunststoff in der Zelle?

Schwarz auf schwarz ist mit festen Schwellwerten kaum stabil zu prüfen, weil der Kontrast minimal ist. Die Kombination aus passender Beleuchtung, die den Clip vom Träger abhebt, und einem AI-Werkzeug, das aus Gut- und Schlechtbeispielen lernt, macht die Prüfung robust gegen Glanz, Fremdlicht und Bauteilstreuung. Mehrere Clips lassen sich so in einem Prüfprogramm zugleich auf Anwesenheit und Lage prüfen.

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