Sitzt der Busbar auf dem Pin? Lagekontrolle von Busbars, Kontaktblechen, Zellhaltern und Steckern in der Modulmontage

Zwischen Zelle und Modul liegen die Teile, die später den Strom führen: Busbars, Kontaktbleche, Zellverbinder, flexible Leiterplatten und Stecker. Dass sie eingelegt sind, reicht der Station nicht. Dieser Beitrag richtet sich an Montageingenieure an Modul- und Packlinien, an Hersteller von Akkupacks für Geräte und an die Maschinenbauer, die deren Stationen auslegen. Er geht dokumentierte Anwendungen durch, in denen gefragt wird, ob ein vorhandenes Teil richtig liegt, bevor geschweißt, vergossen oder geröntgt wird. Es geht um Aufgaben und Anforderungen an der Station.

Wichtige Punkte im Überblick

Ein Busbar, der verdreht auf der Vorrichtung liegt oder einen Pin verfehlt, bleibt oft unbemerkt, bis der Laser ihn verschweißt hat, deshalb gehört die Lagekontrolle mit einem i.O. oder n.i.O. vor den Fügeschritt.
Mit dem AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 lässt sich eine große Vorrichtung in mehrere Prüfbereiche aufteilen: bis zu 16 AI-Count-Werkzeuge je Programm mit jeweils bis zu 500 Objekten und insgesamt bis zu 999 Elementen.
Der Bildbasierte Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX prüft Laschen und Stecker über ihre Höhenstufe gegen einen Referenzpunkt am Teil selbst, auch wenn das Teil versetzt, verdreht oder geneigt liegt.
Nicht jede Lagefrage landet zuerst bei der Bildverarbeitung: Zellhalter sollen in einem dokumentierten Fall über Roboterprogramme je Haltertyp ausgerichtet werden, an einem Tray mit Zellverbindern wird zuerst die Mechanik nachgebessert, mit Lasersensoren als Rückfallebene.
Mehrere Sensoren bedeuten mehrere Montageorte und Justagen mit einer einfachen Aussage je Stelle, eine Kamera bündelt alle Stellen in einem Programm, braucht dafür aber eine freie Sichtlinie.

Vorhanden und trotzdem falsch: warum der Busbar vor dem Schweißen auf Lage geprüft wird

Ein fehlender Busbar fällt meist schon dem Werker auf. Ein Busbar, der verdreht auf der Vorrichtung liegt oder einen Pin verfehlt, bleibt dagegen oft unbemerkt, bis der Laser ihn verschweißt hat. An einem verschweißten Modul lässt sich dann wenig nachbessern. Die Lagekontrolle gehört deshalb vor den Fügeschritt, und ihr Ergebnis ist ein i.O. oder n.i.O., kein Messwert.

Die Frage ist bewusst eng gefasst. Wie hoch ein Busbar steht und ob die Pole koplanar sind, beantwortet die Maßprüfung am Zellkontaktiersystem mit Toleranzen in Millimetern. Ob ein Teil überhaupt eingelegt ist, klärt die Anwesenheitsprüfung. Hier geht es um das Teil, das da ist und trotzdem falsch sitzen kann.

Busbars in der Vorrichtung: verdreht, versetzt oder neben dem Pin

In einem dokumentierten Fall halten Busbars die Batteriemodule, indem sie auf Pins sitzen. Die Sorge ist klar benannt: Ein verdrehter oder falsch positionierter Busbar erzeugt einen Kurzschluss, und sitzt er nicht korrekt auf den Pins, droht der Verlust des kompletten Moduls. Mit dem Werkzeug AI Count gibt es erste Ergebnisse. Gewünscht ist, die gesamte Vorrichtung möglichst mit einem Bild zu erfassen, statt jeden Busbar einzeln anzusehen.

Für diese Aufgabe steht der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4. AI Count zählt bis zu 500 Objekte je Werkzeug und insgesamt bis zu 999 Elemente, und ein Programm kann bis zu 16 AI-Count-Werkzeuge enthalten. Eine große Vorrichtung lässt sich so in mehrere Prüfbereiche aufteilen, die jeweils ihr eigenes Ergebnis liefern. Steht die Vorrichtung nicht bei jedem Takt exakt gleich unter dem Sensor, führt die Positionskorrektur die Prüfbereiche nach; sie erkennt das Teil unabhängig von seiner Orientierung. Ob ein einziges Bild der ganzen Vorrichtung jedem Pin noch genug Pixel lässt, ist die Frage für den Test am Originalteil, denn das Sichtfeld folgt aus Arbeitsabstand und Objektiv.

Kontaktblech, Zellhalter und Zellverbinder-Tray

In einer Linie für Akkupacks von Geräten ist die Lage eines Kontaktblechs eine von mehreren Prüfaufgaben auf einer Stationsliste. Zwei Packs liegen dabei nebeneinander, das Prüffeld misst rund 230 x 60 mm. Beim selben Packhersteller sind außerdem Zellhalter unterschiedlicher Größe vor dem Schweißen auszurichten. Dafür ist dort eine Lösung ohne Kamera vorgesehen, über Roboterprogramme je nach Bestückung des Halters.

Auch ein Tray mit Zellverbindern zeigt, dass nicht jede Lagefrage zuerst bei der Bildverarbeitung landet. In Frage kommt dafür etwa ein Dutzend Multi-Funktions-CMOS-Analoglasersensoren der Modellreihe IL. Zuerst ist zu prüfen, ob eine nachgebesserte Mechanik der Aufnahme genügt; die Lasersensoren sind die Rückfallebene, falls das nicht reicht.

Für die Ausrichtung von Batteriekontakten sollen Parallelität und Abstand zur Tischkante in einem Sichtfeld von rund 50 mm geprüft werden. Für ein Bild dieser Größe mit einer Lage- und Winkelaussage passt die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS. Sie gibt Lage und Winkel über EtherNet/IP, PROFINET, EtherCAT oder PLC-Link an die Steuerung.

Laschen und Stecker über die Höhenstufe prüfen

Manche Lage zeigt sich nicht in der Draufsicht, sondern an einer Stufe. Bei langen Busbar-Clips geht es um die Laschen: Sie müssen so liegen, dass die Dichtmasse im Teil bleibt und nicht austritt. Geprüft werden sollen sie von oben.

Das Gerät dafür ist der Bildbasierte Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX. Er vergleicht die Höhe eines Merkmals gegen einen Referenzpunkt am Teil selbst und erkennt Höhendifferenzen laut Katalog auch dann stabil, wenn das Teil versetzt, verdreht oder geneigt liegt. Eine Vorrichtung, die nicht jedes Mal gleich spannt, verfälscht das Ergebnis deshalb nicht so leicht wie eine Messung gegen den Tisch.

Dasselbe Prinzip trägt die Frage, ob ein Stecker richtig gesteckt ist. An einem Batteriegehäuse soll jeder Stecker über seine Höhenstufe geprüft werden. Die Steckerprüfung mit dem Höhenvergleichssensor hat im Test funktioniert.

Flexible Leiterplatte: Padposition und Tab-Orientierung

Eine weitere Aufgabe gilt einer flexiblen Leiterplatte, die Zellen einer Fahrzeugbatterie verbindet. Gefragt sind die Position der Pads und die Orientierung der Tabs, auf einem Teil von rund 160 x 650 mm. Die Länge ist hier die eigentliche Schwierigkeit: Ein kleines Pad am einen Ende und eines am anderen Ende sollen mit derselben Sicherheit bewertet werden.

Wie viele Kameras das braucht, ergibt sich aus der kleinsten Padgröße und der Teillänge. Die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G nimmt bis zu acht Kameras an einem Controller auf, mit Kameras von 0,31 bis 64 MP. Damit die Padlage in Millimetern und nicht in Pixeln an die Station geht, kalibriert die All-in-One Kamera mit Schachbrett- oder Punktmuster und korrigiert Kameraneigung und Objektivverzeichnung.

Rundzellen auf dem Werkstückträger vor dem Röntgen nachjustieren

Ein Maschinenbauer will eine Röntgenprüfanlage nachrüsten. Rundzellen auf einem Werkstückträger sollen so genau erfasst werden, dass sie vor der Röntgenaufnahme nachjustiert werden können. Das Röntgenbild bewertet dann eine Zelle, die dort steht, wo das Prüfprogramm sie erwartet.

Vorgesehen ist dafür das Mehrzweck-CCD-Laser-Mikrometer der Modellreihe IG. Es arbeitet wie eine Lichtschranke mit Sender und Empfänger und erfasst die Kante des Teils im Strahl. Die Aufgabe ist hier kein Maß mit Toleranz, sondern die Lage, aus der sich der Weg für das Nachjustieren ergibt.

Kabel im Bild: viele Sensoren oder eine Kamera

Am Batteriegehäuse mit den Steckern verdecken Kabel die Sicht. Vom Abstand her hätten zwei Sensoren gereicht, vorgesehen sind nun rund zehn Höhenvergleichssensoren, jeder mit freiem Blick auf seine Prüfstelle. Weil die Anlage gespiegelt aufgebaut ist, kamen weitere Sensoren hinzu. Dass ein Kabel mit der richtigen Farbe am richtigen Platz liegt, sollen dort zusätzlich Vision-Sensoren prüfen; diese Frage gehört zur Typunterscheidung.

Wo keine Kabel verdecken und alle Merkmale in einer Ebene liegen, ist der umgekehrte Weg möglich: eine Kamera oder ein Vision-Sensor über der ganzen Vorrichtung, wie es der Busbar-Fall anstrebt. Eine Anwendung aus einer Linie von der Zelle zum Modul nennt die Ausrichtung der Zellen an der Station, an der sie verbunden werden, und sieht mehrere hochauflösende Kameras vor. Mehrere Sensoren bedeuten mehrere Montageorte und Justagen, dafür eine einfache Aussage je Stelle. Eine Kamera braucht eine freie Sichtlinie, bündelt dafür aber alle Stellen in einem Programm. Welche Seite überwiegt, zeigt der Test am Originalteil mit verlegten Kabeln, nicht am leeren Gehäuse.

Häufige Fragen

F Kann ein Vision-Sensor eine ganze Busbar-Vorrichtung in einem Bild prüfen?

Das hängt von der Größe der Vorrichtung und der kleinsten Stelle ab, die bewertet werden muss. Der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 erlaubt bis zu 16 AI-Count-Werkzeuge je Programm mit bis zu 500 Objekten je Werkzeug und insgesamt bis zu 999 Elementen. In einem dokumentierten Fall liegen mit AI Count erste Ergebnisse vor.

F Wie prüft man, ob ein Stecker am Batteriegehäuse richtig gesteckt ist?

Geprüft werden kann die Höhenstufe am Stecker. Der Bildbasierte Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX vergleicht sie gegen einen Referenzpunkt am Teil selbst, auch wenn das Gehäuse versetzt oder geneigt liegt. In einer dokumentierten Anwendung hat diese Prüfung im Test funktioniert; wegen verdeckender Kabel sind rund zehn Sensoren vorgesehen.

F Was geschieht, wenn Vorrichtung oder Teil nicht jedes Mal gleich liegen?

Beim Vision-Sensor führt die Positionskorrektur die Prüfbereiche mit dem Teil nach, unabhängig von dessen Orientierung. Der Höhenvergleichssensor bezieht die Höhe auf einen Punkt am Teil und bleibt bei versetzter oder geneigter Lage stabil. Beides ersetzt nicht die Frage, ob die Lage der Vorrichtung selbst in der Toleranz des Folgeprozesses liegt.

F Wann braucht die Lagekontrolle mehrere Kameras an einem Controller?

Wenn das Teil lang ist und kleine Merkmale an beiden Enden trägt, etwa eine flexible Leiterplatte von rund 650 mm Länge. Die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G nimmt bis zu acht Kameras an einem Controller auf. Die Zahl folgt aus der kleinsten Padgröße und der Teillänge.

F Ist das Ausrichten von Zellhaltern immer eine Kameraaufgabe?

Nein. In einem dokumentierten Fall soll die Ausrichtung von Zellhaltern ohne Kamera über Roboterprogramme je Haltertyp gelöst werden, an einem Tray mit Zellverbindern soll zuerst die Mechanik verbessert werden, mit Lasersensoren als Rückfallebene. Die Kamera lohnt sich dort, wo die Lage von Takt zu Takt schwankt und die Mechanik das nicht auffängt.

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