Batteriegehäuse, Wanne und Deckel prüfen: Poren, Lunker, Blister und Beschichtungsfehler an Guss-, Kunststoff- und Schaumteilen erkennen
Das Batteriegehäuse ist das größte Einzelteil im Pack und meist das letzte, dessen Oberfläche noch frei zugänglich ist. Poren im Guss, Formfehler am Kunststoffteil, Überschäumungen am geschäumten Bauteil und Lücken in Lack oder PVC lassen sich vor der Montage als gut oder schlecht aussortieren, nach dem Einsetzen der Module kaum noch. Dieser Beitrag richtet sich an Qualitätsingenieure in Gießereien, Spritzgieß- und Schäumbetrieben, die Batteriegehäuse liefern, und an die Planer von Packlinien. Er folgt dokumentierten Anwendungen vom Gussrahmen bis zum Ladeanschluss.
Wichtige Punkte im Überblick
- Weil eine einzelne Kamera mit festem Blick große, mehrseitige Batteriegehäuse nicht abdeckt, bleiben drei Wege: viele Kameras, eine bewegte Kamera oder ein bewegter Scan.
- Für viele feste Kameras an einem Teil ist die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G gedacht, die bis zu acht Kameras je Controller aufnimmt.
- Für ein Cell-to-Pack-Gehäuse mit schwarzer Oberfläche und silberner Nachfolgegeneration auf derselben Linie kommen drei 3D Laser-Snapshot-Sensoren der Modellreihe LJ-S8000 in Frage, deren Höhenbild den Abstand statt der Helligkeit bewertet.
- Auch Lack, Tauchlack, PVC und Folie sind Oberflächen, in denen Fehlstellen und Blasen gesucht werden, und die Farbe ist dort ein Fehlerkriterium, keine Typfrage.
- Bewegt ein Roboter Kamera oder Teil zu mehreren Positionen, bleibt die Aufgabe eine Oberflächenprüfung, doch jede Position kostet Fahrzeit, die neben der Bildaufnahme in den Takt passen muss.
Groß, schwarz, silbern: was Batteriegehäuse für die Prüfung schwierig macht
Drei Eigenschaften prägen die Aufgabe. Erstens die Größe: in den dokumentierten Anwendungen reichen die Prüfflächen von etwa einem Meter bis über zwei Meter Länge. Zweitens die Oberfläche. Auf einer Linie laufen schwarze und silberne Gehäuse, ein Lack soll von einem zweiten Schwarzton unterschieden werden, PVC liegt schwarz auf beige. Drittens die Zahl der Seiten: fünf Seiten und die Unterseite, mehr als zehn Positionen am Pack, sechs Punkte rund um einen Behälter.
Dazu kommt das Verhältnis von Fläche zu Fehler. Die gesuchten Fehler beginnen je nach Anwendung bei 0,1 mm und reichen bis 2 mm. Wer auf einem Meter Kantenlänge Fehler um 0,1 mm finden will, braucht rechnerisch schon bei einem Pixel je 0,1 mm 10.000 Pixel in dieser Richtung, für eine stabile Erkennung eher mehrere Pixel je Fehler. Eine einzelne Kamera mit festem Blick deckt das nicht ab. Es bleiben drei Wege: viele Kameras, eine bewegte Kamera oder ein bewegter Scan.
Ebenheit, Dellentiefe, Durchmesser und Kleberaupen, die in einigen dieser Anwendungen mitgefragt sind, bewertet die Maßprüfung mit Toleranz; hier geht es um den Fehler als gut oder schlecht. Ob eine Folie oder ein Einleger überhaupt vorhanden ist oder richtig liegt, beantworten Anwesenheits- und Lageprüfung.
Guss am Linienende: Poren, Lunker, Blister und Risse am Batterierahmen
Eine Gießerei will einen gegossenen Batterierahmen am Ende der Linie auf seine Oberfläche prüfen. Poren, Blister und Risse sollen ab 0,6 mm gefunden werden, dazu die Vollständigkeit des Teils. Gerechnet wird voraussichtlich mit rund zwei Dutzend Kameras. In einer Leitapplikation für Batteriewannen ist die Prüfung auf Poren und Lunker eines von sieben Themen, neben Robotik, Maßen, Gewinden sowie Schweiß- und Nietstellen.
Für viele feste Kameras an einem Teil ist die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G gedacht. Ein Controller nimmt bis zu acht Kameras auf, die Kameras decken 0,31 bis 64 MP ab. Rechnerisch braucht der Gussrahmen damit drei oder mehr Controller. Für die Gusshaut ist LumiTrax interessant: aus Aufnahmen mit unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen entstehen ein Formbild, das Unregelmäßigkeiten der Oberfläche zeigt, und ein Texturbild mit dem Muster. Ob eine Pore auf der jeweiligen Gussoberfläche im Formbild sicher vom Untergrund getrennt wird, klärt der Test mit Musterteilen.
Spritzguss, Schaum und Deckel: Formfehler, Lunker und Überschäumung
Ein Spritzgießer fertigt Kunststoffgehäuse für Batterien von etwa 1,2 x 0,45 m und will sie auf Defekte prüfen.
Bei einem PUR-geschäumten Batterieteil ist die Prüfung nach dem Schäumen an zwei Stationen derselben Linie vorgesehen. Gesucht sind Lunker und Fehlstellen von 1 bis 2 mm auf einer Fläche von rund 1,3 m sowie Überschäumungen an den Trennkanten. Geprüft werden sollen fünf Seiten und die Unterseite; das Teil wird dafür per Roboter gehandhabt, und genannt sind Kameras mit 64 MP. Eine Überschäumung steht als Wulst über der Fläche, deshalb kommt neben dem Formbild auch ein Höhenbild in Frage.
Bei Deckeln wird die Fläche kleiner, die Fehler auch. Für einen Batteriedeckel sind 24 Prüfpunkte gefragt und zusätzlich die Suche nach Fehlern um 0,1 mm auf dem ganzen Teil. Ob dafür eine Zeilenkamera nötig ist, soll sich erst zeigen; sie gibt es nur an der High-End Bildverarbeitung mit ultimativer Flexibilität der Modellreihe XG-X, und das bleibt eine Testfrage. An einem Metalldeckel sind Fehler ab 0,1 mm bei 60 s je Scan gefragt.
Lack, Tauchlack, PVC und Folie: Fehlstellen und Blasen in der Schutzschicht
Eine Schutzschicht, die Lücken hat, schützt an dieser Stelle nicht mehr. An einer neuen Linie sollen Packgehäuse nach kathodischer Tauchlackierung und Lackierung geprüft werden. Die Fragen: Ist die Fläche lackiert, lassen sich zwei Schwarztöne auseinanderhalten, wo die Oberfläche mit schwarzem Staub beschichtet ist, und ist die PVC-Beschichtung in Ordnung? Mehr als zehn Positionen, Fehler ab 1 mm, Kameras am Roboterarm.
Eine zweite Anwendung betrifft PVC, das als Steinschlagschutz in die Rille einer Batteriewanne eingebracht wird. Gesucht sind Lufteinschlüsse, der Kontrast ist schwarz gegen beige. An der Folie am Wärmetauscher eines Batteriegehäuses von 670 x 2.000 mm sollen Blasen über 2 mm erkannt werden.
Für einen Batteriebehälter von gut zwei Metern Länge, der während der Prüfung an einem Roboter hängt, sind die Unversehrtheit der Beschichtung an der Seite und Farbabweichungen an sechs Punkten rundum gefragt. Nachgerüstet werden soll in einem Fenster von wenigen Wochen.
Die Farbe ist in diesen Fällen ein Fehlerkriterium, keine Typfrage. Die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS kann Farbe als Vorverarbeitung in ein Binär- oder Graustufenbild umsetzen, auf dem nachfolgende Werkzeuge die Fläche bewerten. Auf glänzendem Lack hilft, dass LumiTrax laut Katalog Texturbilder ohne Glanzeffekte liefert. Zwei Schwarztöne nebeneinander bleiben trotzdem eine Frage an die Beleuchtung, die nur mit echten Teilen beantwortet wird.
Viele Kameras, ein Roboter oder ein Scan: große Flächen und mehrere Seiten abdecken
Der dritte Weg ist der bewegte Scan. Für ein Cell-to-Pack-Gehäuse von rund 1,2 x 1,7 m mit schwarzer Oberfläche und einer silbernen Nachfolgegeneration auf derselben Linie soll ein Pneumatikzylinder drei 3D Laser-Snapshot-Sensoren der Modellreihe LJ-S8000 über die Fläche bewegen. Vom Takt von 76 s bleiben etwa 25 s für den Scan. Rechnerisch reichen drei Felder von bis zu 640 mm nebeneinander für gut 1,9 m, also mehr als die lange Seite; die zweite Richtung muss die Bewegung liefern.
Im Höhenbild zählt der Abstand zur Oberfläche, nicht ihre Helligkeit. Wie sich die Belichtung auf Schwarz und Silber verhält, gehört dennoch in den Test. Neben dem Snapshot-Sensor kommt der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 in Frage, mit einem X-Feld von 7,0 bis 510 mm je nach Messkopf. Beide arbeiten an der Modellreihe XG-X als Controller.
Zwei weitere Anwendungen betreffen große Flächen. Eine gilt der Oberflächenkontrolle einer Batterie für Nutzfahrzeuge in großen Stückzahlen; eine Vorserie hatte ein Integrator mit dem Profilsensor an der Modellreihe XG-X als Controller aufgebaut. Die andere nennt für eine Batterie für Schienenfahrzeuge ein Bildfeld von 1.000 mm.
Bewegt ein Roboter die Kamera um das Gehäuse oder das Teil vor die Kamera, bleibt die Aufgabe eine Oberflächenfrage, wie am Packgehäuse mit mehr als zehn Positionen oder am hängenden Behälter. Greift er dagegen das Gussteil aus der Maschine, gehört das zur Robotik. Jede zusätzliche Position kostet Fahrzeit, und die muss neben der Bildaufnahme in den Takt passen.
Der Ladeanschluss als Druckgussteil: Grat und Dellen auf dem Weg zu mehreren Zehntausend Teilen pro Woche
Das einzige Teil der Ladetechnik in diesen Anwendungen ist ein Ladeanschluss aus Druckguss in drei Modellen, dessen Fertigung auf mehrere Zehntausend Teile pro Woche steigen soll. Gesucht sind Grat und Dellen. In einem Test mit der All-in-One Kamera wurden zwei von drei Prüfbereichen untersucht, und die Fehler in diesen Bereichen wurden erkannt; zum dritten Bereich liegt kein Ergebnis vor. Ein Roboter könnte das Teil vor der Kamera bewegen.
Die Stückzahl bestimmt hier die Taktzeit stärker als die Fläche. Bei angenommen 30.000 Teilen und 120 Produktionsstunden pro Woche ergeben sich rechnerisch 250 Teile pro Stunde, gut 14 s je Teil. In diese Zeit müssen Handhabung, Aufnahme aller Bereiche und Auswertung passen.
Häufige Fragen
F Warum sind schwarze und silberne Gehäuse auf derselben Linie eine Herausforderung?
A
Im Kamerabild unterscheiden sich beide Oberflächen stark in der Helligkeit, eine Einstellung für die eine passt deshalb nicht ohne Weiteres zur anderen. Ein Höhenbild bewertet den Abstand zur Oberfläche statt ihrer Helligkeit. Für ein Cell-to-Pack-Gehäuse mit genau dieser Kombination kommen drei 3D Laser-Snapshot-Sensoren der Modellreihe LJ-S8000 in Frage.
F Kann ein Roboter die Kamera um ein großes Batteriegehäuse führen?
A
Ja, in mehreren dokumentierten Anwendungen bewegt ein Roboter die Kamera oder das Teil, etwa zu mehr als zehn Positionen an einem Packgehäuse. Die Aufgabe bleibt dabei eine Oberflächenprüfung. Jede Position braucht Fahrzeit, deshalb gehört die Zahl der Positionen früh in die Taktrechnung.
F Wie werden Lunker und Überschäumungen an geschäumten Batterieteilen geprüft?
A
In einer dokumentierten Anwendung werden Lunker von 1 bis 2 mm auf rund 1,3 m und Überschäumungen an den Trennkanten auf fünf Seiten und der Unterseite gesucht, mit Roboterhandling und Kameras mit 64 MP. Die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G nimmt bis zu acht Kameras je Controller auf. Weil eine Überschäumung über der Fläche steht, kommt auch ein Höhenbild in Frage.
F Was bringt LumiTrax auf Guss- und Lackoberflächen?
A
LumiTrax setzt Aufnahmen aus mehreren Beleuchtungsrichtungen zu einem Formbild und einem Texturbild zusammen. Das Formbild zeigt Unregelmäßigkeiten wie eine Pore, das Texturbild laut Katalog das Muster ohne Glanzeffekte. Wie gut das auf einer bestimmten Gusshaut oder einem bestimmten Lack trennt, zeigt der Test mit Musterteilen.
F Was ist bei der Nachrüstung einer Oberflächenprüfung in eine bestehende Linie zu klären?
A
Zu klären sind das Zeitfenster für den Umbau, der Platz für Kameras oder Roboter und vor allem die Musterteile. In einer dokumentierten Anwendung ist für die Nachrüstung ein Fenster von wenigen Wochen vorgesehen. Ohne Gut- und Schlechtteile lässt sich keine Schwelle festlegen.
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