Batteriegehäuse vor dem Verschließen vollständig prüfen: Dichtung, Deckel, Schaumpad, Trenner und Kappe an Wanne, Rahmen und Abdeckung
Ein Batteriegehäuse wird mit einem Deckel geschlossen, der verschraubt oder verklebt wird. Danach ist verborgen, was darin liegt: Dichtung, Pad, Trenner, Schwappschutz. Dieser Beitrag richtet sich an Montage- und Qualitätsingenieure in Packwerken, bei Zulieferern von Wannen, Rahmen und Abdeckungen und an die Maschinenbauer, die deren Stationen auslegen. Er ordnet dokumentierte Vorgänge nach dem Teil, das fehlen kann, und endet bei großformatigen Abdeckungen und bei den Varianten. In einem Fall soll ein bereits installierter Sensor die Aufgabe übernehmen. Stecker, Busbars und Pins an Modul und HV-Box behandelt ein eigener Beitrag dieser Reihe.
Wichtige Punkte im Überblick
- Was im Gehäuse vor dem Deckel fehlen kann, ist eine überschaubare Liste diskreter Teile von Gummidichtung und O-Ring über Schaumpad und Trenner bis zu Deckel, Polkappe, Stopfen und Schwappschutz, und jedes davon ist entweder da oder nicht.
- Zehn gleiche O-Ringe an einem Batterierahmen sind die typische Aufgabe der All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS, deren Blob-Werkzeug zählt und jede kleinere Zahl als fehlenden Ring ausgibt.
- Für einzelne, fest liegende Teile genügt ein Sensor je Merkmal: Digitale Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N haben schwarze Gummiteile an einem Montagetisch für Batteriewannen im Test trotz Vibration und wechselndem Licht erkannt.
- Bei Batteriestopfen und Führungsstiften kann die Höhe als Zeichen der Anwesenheit dienen, solange die Toleranz unkritisch ist und nur zählt, ob das Teil übersteht.
- Steht die Variante fest, bevor das Bild aufgenommen wird, bleibt die Prüfung eine Vollständigkeitsprüfung, und der Teilecode kann das Programm direkt über den Feldbus wählen.
Nach dem Deckel ist nichts mehr zu sehen: was im Gehäuse fehlen kann
Die Station, die ein Teil einlegt, ist meist die letzte, die es sieht. In einer Anwendung aus der Bleibatteriefertigung ist beschrieben, was danach bleibt: Ist das Gehäuse verklebt und steckt darin etwas falsch, kommt man nur mit der Säge wieder hinein. Dieselbe Beschreibung nennt die Sichtkontrolle durch den Werker und ihre Betriebsblindheit als bisherigen Weg. In einem anderen Vorgang waren Reklamationen der Anlass.
Was fehlen kann, ist eine überschaubare Liste diskreter Teile: Gummidichtungen und O-Ringe, Schaumpads und Pads, Wellen-Trenner und Separatoren, Deckel, Polkappen, Stopfen, Clips und der Schwappschutz. Jedes dieser Teile ist entweder da oder nicht, und die Station gibt genau das aus. Ob eine vorhandene Dichtung verdreht sitzt, gehört zur Lageprüfung. Kleberaupe, Gapfiller und Klebstoff am Rahmen gehören zur Maßprüfung, auch dort, wo eine Aufgabe nur nach ihrer Anwesenheit fragt.
Gummidichtung und O-Ring: viele gleiche Merkmale in einem Bild
Gummidichtungen an Batteriegehäusen für Elektrofahrzeuge sollen auf Anwesenheit geprüft werden. Derzeit sind es fünf Varianten, weitere kommen hinzu, das größte Bildfeld misst etwa 450 x 400 mm.
Geprüft werden soll, ob an einem Batterierahmen von rund 1,5 x 1 m alle zehn O-Ringe auf den Schrauben vorhanden sind, in einem einzigen Prüfschritt. Zwei Teiletypen unterscheiden sich dadurch, dass acht Schrauben um 30 mm versetzt stehen. Für die Station heißt das zwei Programme, eines je Rahmentyp, mit jeweils eigenen Prüfbereichen an den versetzten Schrauben.
Zehn gleiche Merkmale in einem Bild sind die typische Aufgabe der All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS. Ihr Blob-Werkzeug zählt Objekte und misst deren Fläche; die Sollzahl ist zehn, jede kleinere Zahl ein fehlender Ring. Liegt der Rahmen für eine Kamera zu groß, übernimmt die Aufgabe eine Anordnung mehrerer Kameras, dazu unten mehr.
Ganz ohne Bild kommt ein Montagetisch für Batteriewannen in einem anderen Markt aus. Dort haben Digitale Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N schwarze Gummiteile im Test erkannt, und zwar trotz Vibration am Tisch und wechselndem Umgebungslicht. Für einzelne, fest liegende Teile an bekannten Stellen genügt ein Sensor je Merkmal.
Schaumpad, Pad und Trenner zwischen Zelle und Deckel
In einer Modulwanne von etwa 700 mm sollen weiße Pads vorhanden sein.
Auf einer Batterieabdeckung von etwa 1,6 x 1,2 m sollen Schaum und acht bis zehn Clips vorhanden sein, Glimmerteile vollständig. Beschädigungen an Glimmerteilen oder Clips bewertet die Oberflächenprüfung, hier bleibt es bei vorhanden oder nicht.
Zwei Wellen-Trenner in einem Pack werden schräg von oben aus etwa 1,5 m geprüft, mit der blauen Zellhülle als Hintergrund. In Frage kommen zwei Vollspektrumsensoren der Modellreihe LR-W oder ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4. Die Abwägung ist typisch für zwei Merkmale: zwei Punktsensoren oder beide Trenner in einem Bild. Der Vision-Sensor unterscheidet laut Dokumentation anhand von Farbe und Helligkeit, und sein Arbeitsabstand reicht spezifiziert bis über 3 m, sodass die schräge Sicht aus anderthalb Metern im Rahmen liegt.
Deckel, Polkappe, Stopfen und Schwappschutz
An einem Batteriegehäuse sind sechs Deckel zu prüfen, deren Lage von Teil zu Teil wechselt. Der Test hat funktioniert. Übernehmen soll die Prüfung ein KEYENCE-Sensor mit Bildauswertung, der an dieser Linie schon installiert ist. Was die aktuelle Generation dafür mitbringt, zeigt der Vision-Sensor: AI Identify und die AI-Positionskorrektur erkennen ein Merkmal unabhängig von seiner Orientierung; ein Deckel, der etwas anders liegt, ist deshalb kein Fehlteil. Ob das installierte Gerät diese Werkzeuge hat, hängt von seiner Generation ab.
In der Anwendung aus der Bleibatteriefertigung geht es um den Schwappschutz und die Separatoren in fertigen Gehäusen, also um Teile, die nach dem Verkleben unerreichbar sind. Weil sich dort viele gleichartige Teile in Reihen wiederholen, liegt eine Kamera mit einem Bild über der ganzen Reihe näher als ein Sensor je Platz; festgelegt ist dort noch nichts.
Eine weitere Aufgabe betrifft zwei große Tische von rund 0,8 x 2,4 bis 3 m. Geprüft werden sollen Polkappe, Etikett und Schraubenpäckchen an Batterien, mit einer Kamera in bis zu 2,5 m Höhe. Das Etikett zählt hier als eines der Teile, die da sein müssen; was darauf steht, ist eine andere Frage. Bei Tischen dieser Größe entscheidet das Bildfeld je Kamera, ob ein Gerät je Tisch genügt oder mehrere nötig sind; der Arbeitsabstand des Vision-Sensors von 50 mm bis über 3 m deckt die geplante Höhe ab.
Für Batteriestopfen sieht ein Konzept vor, die Höhe als Zeichen der Anwesenheit zu nutzen: Ein vorhandener Stopfen steht über der Fläche, die Toleranz ist unkritisch. Dafür kommt der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 in Frage, ausgewertet am Controller der Modellreihe XG-X. Die Höhe ist dabei kein Messwert, nur ein Signal.
Für Führungsstifte an den vier Ecken eines Batteriegehäuses kommt der Bildbasierte Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX in Frage. Er vergleicht die Höhe gegen einen Bezugspunkt am Teil selbst und bleibt laut Katalog stabil, auch wenn das Teil versetzt oder geneigt liegt.
Abdeckung und Rahmen im Großformat: drei Meter Abstand, schwarze Merkmale
Die größte dokumentierte Abdeckung ist gut zweieinhalb Meter lang und rund 1,6 m breit. Auf ihr sollen schwarze Löcher und schwarze Schaumpads geprüft werden, die Kamera hängt mehr als drei Meter darüber. Unter den Merkmalen sind Schlitze von 6 mm; rechnerisch ist das rund ein Vierhundertstel der Länge des Teils. Welche Wellenlänge die Merkmale am besten trennt, ist noch offen.
Zwei Grenzen treffen hier zusammen. Schwarze Merkmale machen die Beleuchtung zur ersten Frage; die All-in-One Kamera und die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G bieten dafür je nach Kameratyp multispektrale Aufnahme, welche Wellenlänge trägt, zeigt nur der Versuch am Originalteil. Die zweite Grenze ist die Auflösung über die Fläche. Reicht eine Kamera für Schlitze dieser Größe nicht, verteilt die Bildverarbeitung das Bildfeld auf mehrere Kameras; an einem Controller betreibt sie bis zu acht.
An einem Batterierahmen eines Nutzfahrzeugs von gut zwei Metern Länge soll eine Montageprüfung mit vier Kameras arbeiten, die Spezifikation ist noch offen. Vier Kameras an einem Controller liegen im Rahmen der Bildverarbeitung und lassen Reserve für weitere Blickwinkel.
Varianten aus dem Auftrag: das Programm kommt von der Steuerung
Fast jede der beschriebenen Stationen kennt Varianten: fünf und mehr Dichtungsvarianten, zwei Rahmentypen mit versetzten Schrauben, Abdeckungen in mehreren Ausführungen. Die Prüfung bleibt trotzdem eine Vollständigkeitsprüfung, solange die Variante feststeht, bevor das Bild aufgenommen wird. An der großen Abdeckung soll der Teilecode über PROFINET kommen, und das Programm richtet sich danach.
Beim Vision-Sensor liegen 32 Programme intern, ebenso viele sind über externe Eingänge wählbar; 128 sind nur mit microSD-Karte und aktivierter Programmerweiterung möglich. Je Programm stehen bis zu 64 Prüfwerkzeuge zur Verfügung, zehn O-Ringe belegen davon rechnerisch zehn. Die Bildverarbeitung spricht EtherNet/IP, PROFINET und EtherCAT, sodass der Teilecode direkt vom Feldbus kommen kann.
Muss die Station die Variante dagegen erst am Bild erkennen, wird aus der Vollständigkeit eine Frage der Typunterscheidung.
Häufige Fragen
F Wie viele Prüfmerkmale fasst ein Programm des Vision-Sensors?
A
Der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 nimmt je Programm bis zu 64 Prüfwerkzeuge auf, davon höchstens 16 vom Typ AI Count. Zehn O-Ringe an einem Rahmen belegen rechnerisch zehn Werkzeuge. Welche Merkmale sich ein Werkzeug teilen können, klärt der Test.
F Wie kommt die Variante an die Prüfstation?
A
In dokumentierten Anwendungen liefert die Steuerung oder der Teilecode die Variante, an einer großen Abdeckung etwa über PROFINET. Der Vision-Sensor schaltet über externe Eingänge bis zu 32 Programme um. Die Station prüft dann nur, ob die Teile dieser Variante vorhanden sind.
F Wie lässt sich schwarzer Schaum auf einer großen Abdeckung erkennen?
A
Über die Beleuchtung: In einer dokumentierten Anwendung ist dafür die passende Wellenlänge zu finden. Die Modellreihen VS und VS-G bieten je nach Kameratyp multispektrale Aufnahme. Welche Wellenlänge den Schaum vom Untergrund trennt, zeigt nur ein Versuch am Originalteil.
F Kommen Lichtleitersensoren am Montagetisch mit Vibration zurecht?
A
In einem dokumentierten Test haben Digitale Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N schwarze Gummiteile auf einem Montagetisch für Batteriewannen trotz Vibration und wechselndem Licht erkannt. Das gilt für einzelne Teile an festen Stellen. Für viele Merkmale in einem Bild ist eine Kamera die passendere Klasse.
F Kann die Höhe eines Teils als Anwesenheitszeichen dienen?
A
Ja, wenn die Toleranz unkritisch ist und nur zählt, ob das Teil übersteht. Für Batteriestopfen ist dafür ein 2D/3D Laser-Profilsensor im Konzept, für Führungsstifte kommt ein Bildbasierter Höhenvergleichssensor in Frage. Wird die Höhe mit Toleranz bewertet, ist es eine Maßprüfung.
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