Verbauprüfung in der Aggregate- und Komponentenmontage: Planetenrad, Feder, Schweißmutter und Schraube vor dem Schließen des Gehäuses prüfen

Ein Getriebe, ein Antriebsmodul oder ein Bremsventil entsteht aus Teilen, die nach dem nächsten Fügeschritt nicht mehr zu sehen sind. Dieser Beitrag richtet sich an Montage-, Prüf- und Instandhaltungsingenieure in Werken für Getriebe-, Antriebs-, Brems- und Motorkomponenten und an die Maschinenbauer, die deren Stationen auslegen. Er folgt dokumentierten Anwendungen vom Einzelmerkmal im Gehäuse bis zur Beipackkiste vor dem Versand. Sie beschreiben Aufgaben und Anforderungen, keine abgenommene, im Betrieb stehende Prüfung.

Wichtige Punkte im Überblick

Die Prüfung gehört an die Station, die das Teil setzt, oder an die direkt folgende, weil der Funktionstest nach dem Verschrauben des Deckels nicht mehr verrät, welches Teil fehlt.
Beim O-Ring im Entwässerungsventil wird aus der Anwesenheit eine Zählfrage: Die Sollzahl je Ventil ist eins, null und zwei Ringe sind beide Fehler.
Hebt sich eine Metallfeder im Graubild kaum von ihrer Aufnahme ab, zeigt ein Höhenbild des 3D Laser-Snapshot-Sensors der Modellreihe LJ-S8000 die Anwesenheit, wobei die Höhe nur als Zeichen dient, dass die Feder da ist.
Für die Nacharbeitsplätze eines Getriebewerks ist vorgesehen, dass das Drehmomentsignal des Schraubers eine Aufnahme des Vision-Sensors auslöst und die SPS am Ende prüft, ob jede Schraube genau einmal angezogen wurde.
Liefert eine feste Stelle nur ein Signal und liegt das Teil stets gleich, braucht es kein Bild, und die Sensorklasse ordnet sich nach Abstand und Objekt, vom Lichtleitersensor für wenige Zentimeter bis zum Lasersensor mit Lichtlaufzeitmessung für etwa einen Meter.

Die Station, die das Teil setzt, prüft es auch: warum später nichts mehr zu sehen ist

In der Aggregatemontage hat jede Anwesenheitsfrage ein kurzes Zeitfenster. Ist der Deckel verschraubt, bleibt nur der Funktionstest am Ende, und der verrät nicht mehr, welches Teil fehlt. Die Prüfung gehört deshalb an die Station, die das Teil setzt, oder an die direkt folgende, bevor das nächste Teil es verdeckt. In mehreren dokumentierten Anwendungen ist eine Reklamation der Anlass; was ein fehlendes Teil beim OEM kostet, behandelt die Übersichtsseite zur Automobilfertigung.

Der Prüfpunkt liegt dann oft in einer Vorrichtung, zwischen Greifer und Schrauber, auf öligem oder gegossenem Metall. Der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 hat einen dokumentierten Arbeitsabstand von 50 mm bis über 3 m und lässt sich deshalb dicht an einem Teilträger ebenso anbringen wie hoch über einer Handstation. Ob ein vorhandenes Teil richtig sitzt oder wie hoch es steht, ist eine Lage- oder Maßfrage; Schrauben am Fahrzeug und Clips an Modulen behandeln eigene Beiträge dieser Reihe.

Planetenrad, O-Ring, Schelle und Pins: Einzelmerkmale an der Station

In einer Getriebelinie für Nutzfahrzeuge lautet die Frage: Ist das Planetenrad in der Baugruppe vorhanden? An einer pneumatischen Fahrzeugkomponente geht es vor der Endprüfung um einen O-Ring, bei einem Takt von drei Sekunden.

Bei Entwässerungsventilen für Druckluftbremsen von Nutzfahrzeugen liegen hundert Ventile auf einem Träger. Gefordert ist, in jedem Ventil den O-Ring zu erkennen und ein Ventil mit zwei Ringen ebenfalls auszusondern. Damit wird aus der Anwesenheit eine Zählfrage: Die Sollzahl je Ventil ist eins, null und zwei sind beide Fehler. Für hundert Prüfstellen auf einem Träger passt die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS; ihr Blob-Werkzeug zählt Objekte und misst deren Fläche. Ob sich ein doppelter Ring sicher von einem einzelnen trennen lässt, zeigt erst ein Versuch.

Für einen Getriebestecker mit 16 Pins ist geplant, die Pins durch einen schwarzen Adapter zu betrachten, der auf den Stecker gesetzt wird und vor dem sich die Pinspitzen abheben sollen. Gefragt ist nur, ob jeder Pin da ist, nicht seine Höhe.

Eine Federbandschelle auf einem bewegten Band ist bislang eine Idee. Ein Sensor soll melden, ob die Schelle vorhanden ist, und welcher Sensor auslöst, hängt vom Antriebstyp ab. Den Typ aus dem Bild zu bestimmen gehört zur Typunterscheidung; kommt er aus dem Auftrag, schaltet die Steuerung schlicht das passende Programm.

Für solche Einzelmerkmale ist der Vision-Sensor die naheliegende Klasse. Für AI Identify genügt zum Einstieg ein registriertes Gutbild. Die Schnelle Programmumschaltung wechselt in rund 100 ms, dann mit höchstens acht Programmen, was bei drei Sekunden Takt rechnerisch kaum ins Gewicht fällt. Auf dem bewegten Band wählt AI Trigger den Aufnahmemoment ohne Triggersensor, das Teil muss nicht anhalten. Ob sich AI Trigger mit automatischer Programmumschaltung kombinieren lässt, ist nicht dokumentiert; das klärt ein Test, bevor die Station festgelegt wird.

Die Feder im Steuergerät: Anwesenheit als Höhe statt als Kontrast

Für ein Getriebesteuergerät, das es in fünf Varianten gibt, liegt ein Konzept vor, die Anwesenheit einer Feder in 3D zu prüfen. Eine Metallfeder in ihrer Aufnahme hebt sich im Graubild nicht immer deutlich ab. In einem Höhenbild zählt dagegen, ob an der Stelle Material in der erwarteten Höhe steht.

Für diesen Fall passt der 3D Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000. Er nimmt ein 3D-Bild auf, ohne dass der Messkopf bewegt wird, bei einem Feld von bis zu 640 x 640 mm, und wird an einem Controller ausgewertet. Die Höhe ist hier ein Anwesenheitszeichen: Es genügt, dass sich die Aufnahme mit Feder von der leeren unterscheidet. Die Ausrichtung der Filterkappe am selben Steuergerät ist eine Lagefrage und bleibt hier außen vor.

Schweißmutter, Schraube und Gewinde am Guss- und Blechteil

In einem Getriebeschott sollen zwei Schweißmuttern als vorhanden erkannt werden. Zwei Merkmale an einer festen Stelle sind eine typische Aufgabe für den Vision-Sensor mit je einem Werkzeug pro Mutter.

An einem Nockenwellenlagermodul, einem Gussteil, sollen die äußeren Torx-Schrauben vorhanden sein. Mehrere Schrauben an einem Modul in einem Bild sprechen für die All-in-One Kamera: mehrere Prüfbereiche, ein Gesamtergebnis, und wo die Gussoberfläche von Teil zu Teil anders aussieht, eine AI-Klassifizierung mit angelernten OK- und NG-Klassen. Das Ergebnis geht über PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT oder PLC-Link an die Steuerung.

Beim Gewinde ist die Frage eng gefasst. An der Stirnseite einer Nockenwelle soll erkannt werden, ob ein Gewinde vorhanden ist. Für eine neue Rundtischzelle für Getriebehalter war ebenfalls eine Gewindeabfrage vorgesehen. Gefragt ist nur, ob das Gewinde da ist, nicht, ob es maßhaltig ist; ob es sich stabil von einer glatten Bohrung abhebt, klärt der Test.

Am Nacharbeitsplatz: wurde jede Schraube genau einmal angezogen?

Zwei Aufgaben kommen aus ein und demselben Getriebewerk. Die erste ist die Abfrage einer Schallschutzkapsel an der Endmontage einer Getriebelinie. Die zweite Aufgabe betrifft die Not- und Nacharbeitsplätze der Linien, an denen von Hand verschraubt wird. Am Ende soll feststehen, dass jede Schraube genau einmal angezogen wurde.

Gedacht ist folgender Ablauf. Erreicht der Schrauber sein Drehmoment, nimmt der Vision-Sensor ein Bild auf und sieht, an welcher Schraube der Schrauber ansetzt. Die SPS führt die Liste und prüft am Ende des Teils, ob jede Position einmal belegt ist.

Der Sensor beantwortet je Bild eine einfache Frage, die SPS hält den Zustand über alle Schrauben eines Teils. Das Drehmomentsignal ist der externe Trigger, und nur dort lässt sich eine Verzögerung als Zeit einstellen; bei AI Trigger ist sie eine Anzahl aufeinanderfolgender Erkennungen. Ändert sich das Schraubbild mit der Variante, wählt die Steuerung das Programm über externe Eingänge, bis zu 32.

Draht, Klebeband, Einlegeteil und Korb: Prüfpunkte mit Lichtleiter- und Lasersensor

Liefert eine feste Stelle ein Signal und liegt das Teil stets gleich, braucht es kein Bild. In der Anwendungspraxis ordnet man dann nach Abstand und Objekt.

Wenige Zentimeter: An einer Maschine für kleine Rotoren wurde ein Draht von 0,8 mm auf 20 bis 30 mm Abstand unter Vibration getestet; offen ist, ob eine Einweg- oder eine Reflexanordnung eingesetzt wird. Die übliche Klasse sind Digitale Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N mit Lichtleitergeräten der Modellreihe FU. Transparent: In einer Katalysatorfertigung soll ein Klebeband als vorhanden erkannt werden. Für durchsichtige Objekte nennt der Katalog Lichtleiter, die mit einem Reflektor an Stelle des Empfängers arbeiten.

Einige hundert Millimeter: Ein Kupfer-Einlegeteil soll aus 300 mm Abstand erkannt werden. Die Aufgabe liegt im Bereich des CMOS-Lasersensors mit integrierter Auswerteeinheit der Modellreihe LR-Z, der je nach Ausführung bis 500 mm erfasst. Etwa ein Meter: Der Korb in einer Waschstation soll aus rund 1.000 mm abgefragt werden. Der Allzweck-Lasersensor der Modellreihe LR-T arbeitet mit Lichtlaufzeitmessung und erfasst je nach Ausführung 60 bis 2.000 mm oder 60 bis 5.000 mm. Die Schutzart gegen Waschwasser gehört vorab in die Spezifikation.

Wechselnde Höhe: In Sondermaschinen, in denen Bremssteuergeräte montiert werden, liegen Module auf Werkstückträgern, deren Höhe und Lage schwanken. Ein einzelner Messpunkt kann dort nicht immer sicher trennen, ob ein Modul fehlt oder tiefer liegt. Der Bildbasierte Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX vergleicht Höhen in einem Bildbereich und ist deshalb die passendere Klasse.

Vor dem Versand: Farbpunkt, Markierung und Beipackkiste

Zwei Aufgaben gelten Zeichen, die einen vorangegangenen Schritt belegen. Ein grüner Farbpunkt, der nach der Dichtheitsprüfung auf einen Abgaskrümmer gesetzt wird, sollte in linker und rechter Ausführung abgefragt werden. Bei Lenkungsdämpfern ist die Frage, ob überhaupt gelasert wurde. Da der Laser ganz oder gar nicht markiert, genügt ein Merkmal als Beleg. Gelesen wird in beiden Fällen nichts; Inhalt und Güte einer Markierung sind Themen des Codelesens und der Kennzeichnung.

Mit dem Getriebe gehen Beipackkisten mit Schrauben und Scheiben zum OEM. Fehlt darin ein Teil, steht nach Angabe des Anwenders beim OEM die Linie. Die Kisten sollen deshalb vor dem Versand auf Vollständigkeit geprüft werden. Liegen die Teile in Fächern, genügen Prüfbereiche je Fach in der All-in-One Kamera; liegen sie lose, zählt das Werkzeug AI Count des Vision-Sensors bis zu 500 Objekte je Werkzeug.

Häufige Fragen

F Warum sollte die Verbauprüfung an der Station stattfinden, die das Teil setzt?

Nach dem nächsten Fügeschritt ist ein Teil wie das Planetenrad oder die Schweißmutter oft nicht mehr sichtbar. Der Funktionstest am Ende zeigt dann nicht mehr, welches Teil fehlt.

F Wie lässt sich prüfen, ob am Nacharbeitsplatz jede Schraube einmal angezogen wurde?

In einer dokumentierten Anwendung soll das Drehmomentsignal des Schraubers als externer Trigger eine Aufnahme des Vision-Sensors auslösen, der erkennt, an welcher Schraube angesetzt wurde. Die SPS führt die Liste aller Positionen und prüft am Ende, ob jede genau einmal belegt ist.

F Wann lohnt sich ein 3D-Sensor für eine reine Anwesenheitsprüfung?

Wenn sich das Teil im Graubild kaum vom Untergrund abhebt, etwa eine Metallfeder in ihrer Aufnahme, kann ein Höhenbild die klarere Antwort geben. Die Höhe dient dann nur als Zeichen, dass das Teil da ist, nicht als Messwert.

F Wie viele Programme hält der Vision-Sensor für Varianten bereit?

Im AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 liegen intern 32 Programme, und genauso viele sind über externe Eingänge wählbar. Auf 128 erweitert nur eine microSD-Karte zusammen mit der aktivierten Programmerweiterung. Die Schnelle Programmumschaltung mit rund 100 ms gilt für höchstens acht Programme.

F Welcher Sensor passt für einen einzelnen Prüfpunkt in 300 mm oder einem Meter Abstand?

Für rund 300 mm kommt der CMOS-Lasersensor mit integrierter Auswerteeinheit der Modellreihe LR-Z in Frage, der je nach Ausführung bis 500 mm erfasst. Ab etwa einem Meter reicht das nicht mehr; dort passt der Allzweck-Lasersensor der Modellreihe LR-T, dessen Ausführungen bis 2.000 mm oder bis 5.000 mm erfassen.

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Messen, Kennzeichnen und Prüfen in der Automobilproduktion: Der Überblick für Qualitäts- und Fertigungsverantwortliche

Hauptartikel zum Thema: Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung in der Automobilfertigung: vom Aggregat bis zum Fahrzeug

Weiterer Artikel im Thema: Anwesenheitsprüfung am Fahrzeug: Schrauben, Muttern und Anbauteile in Rohbau, Unterboden und Endmontage

Weiterer Artikel im Thema: Clips, Einleger und Anbauteile vollständig: Interieur, Cockpit, Stoßfänger und Sitz vor dem Versand an den OEM prüfen

Weiterer Artikel im Thema: Airbag-Bauteile auf Vollständigkeit prüfen: Netz, Bolzen, Löcher, Perforation und Label vor dem Einbau