Busbars und Zellverbinder prüfen: Beschichtungsschäden, Risse und Späne vor der Modulmontage erkennen

Ein Busbar wirkt unscheinbar: ein gestanztes Stück Kupfer oder Aluminium, oft beschichtet, später umspritzt, verschweißt oder verschraubt. Weil diese Schritte häufig bei verschiedenen Unternehmen stattfinden, entsteht ein Schaden gern dort, wo gerade niemand hinsieht, und fällt erst auf, wenn das Teil im Modul sitzt. Dieser Beitrag richtet sich an Qualitätsingenieure bei Herstellern von Busbars und Zellverbindern und an die Planer von Modullinien. Er folgt dokumentierten Anwendungen.

Wichtige Punkte im Überblick

Stanzen, Beschichten, Transport und Umspritzen finden oft bei verschiedenen Unternehmen statt, und jeder Schritt hinterlässt eigene Fehler, von Spänen und Rissen bis zu abgelöster Beschichtung und verkratzten Oberflächen.
Prüft der Hersteller am Ende seiner Linie, findet er keine Transportschäden, während der Empfänger vor dem Umspritzen oder Fügen alles bis dahin Entstandene sieht, aber die Kosten der Prüfung trägt.
Wo sich an einem verzinnten Kupferbusbar das Zinn löst, liegt Kupfer frei, und diesen Farbunterschied kann die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS per Farbextraktion in ein Binärbild für die folgenden Werkzeuge umsetzen.
Steht ein Riss als Stufe in der Oberfläche, kommt der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 in Frage, dessen Messkopf der kleinsten Rissbreite folgt, damit der Riss nicht zwischen zwei Messpunkte fällt.
An Schweißstellen zählt das Aussehen: Löcher und Fehlstellen erscheinen als Vertiefung, Schmauch als Verfärbung ohne Höhe, die ins Kamerabild gehört.

Stanzen, Beschichten, Transport, Umspritzen: wo am Busbar Schäden entstehen

Jeder Schritt hinterlässt seine eigene Art von Fehler. Beim Stanzen aus dem Band entstehen Späne, doppelt gestanzte Stellen und Risse. Die Beschichtung kann Fehlstellen haben oder sich später lösen. Auf dem Transport werden Oberflächen verkratzt. Nach dem Umspritzen ist ein Teil der Fläche verdeckt, und was darunter liegt, ist nicht mehr zu sehen.

Daraus folgt die Frage nach dem Prüfort. Prüft der Hersteller am Ende seiner Stanz- oder Beschichtungslinie, findet er seine eigenen Fehler, aber keine Transportschäden. Prüft der Empfänger vor dem Umspritzen oder Fügen, sieht er alles, was bis dahin passiert ist, trägt aber die Kosten der Prüfung. In den dokumentierten Anwendungen verlangt einmal der Endkunde die Prüfung von einem Betrieb, der die Busbars nur noch umspritzt.

Glänzendes Kupfer und Aluminium machen die Aufnahme schwierig: ein Kratzer und eine Spiegelung sehen im Bild ähnlich aus. Deshalb stehen in mehreren dieser Anwendungen Musterteile und ein Test am Anfang, bevor über die Station entschieden wird.

Abgelöste Beschichtung und Transportschäden an verzinnten Kupferbusbars

Ein Betrieb bezieht gestanzte, verzinnte Kupferbusbars und umspritzt sie. Durch Transportschäden löst sich an einzelnen Teilen die Zinnschicht von 3 bis 8 µm. Der Endkunde verlangt eine Prüfung; gedacht ist eine Stichprobe an einem Handarbeitsplatz, und als Maßstab sind Grenzmuster vorgesehen.

Wo sich Zinn ablöst, liegt Kupfer frei, und der Farbunterschied zwischen beiden Metallen ist das naheliegende Kriterium. Bei der All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS ist die Farbextraktion ein Vorverarbeitungsschritt, der das Bild für die folgenden Werkzeuge in Binär- oder Graustufen umwandelt; ein Blob-Werkzeug zählt danach zusammenhängende Flächen und misst ihre Größe. Ob die abgelöste Stelle auf dem jeweiligen Teil als Farbe oder nur als Glanzunterschied erscheint, zeigt der Test mit den Grenzmustern.

Die in dieser Anwendung vorgeschlagene Dickenmessung der Zinnschicht mit einem Konfokalen Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000 ist, wie Nahtbreite, Spritzer und die Höhe eines Zellkontaktiersystems vor dem Schweißen, eine Maßaufgabe mit Toleranz und gehört zur Messtechnik.

Späne, Doppelstanzung und Risse an gestanzten Kontakten

An Kontakten aus Aluminium, die als Busbar aus dem Band gestanzt werden, beschädigen Späne und doppelt gestanzte Stellen die Oberfläche. Geprüft werden sollen die Bohrung und die Fläche um sie herum. Eine zweite Anwendung gilt Rissen in Busbars, die in einer Prozessvalidierung auftreten.

Für Späne und Kratzer auf glänzendem Metall ist LumiTrax an der All-in-One Kamera ein Kandidat. Die Kamera beleuchtet das Teil nacheinander aus mehreren Richtungen und errechnet daraus ein Formbild für Unregelmäßigkeiten und ein Texturbild, laut Katalog ohne Glanzeffekte. Ein Span, der auf der Fläche liegt, und eine Stelle, an der zweimal gestanzt wurde, verändern die Form der Oberfläche und nicht nur ihre Helligkeit. Ob das auf dem konkreten Werkstoff reicht, bleibt eine Testfrage.

Steht ein Riss als Stufe in der Oberfläche, kommt der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 in Frage, der die Höhe statt der Helligkeit auswertet. Seine Z-Wiederholgenauigkeit liegt je nach Messkopf bei 0,3 bis 10 µm, das Datenintervall in X bei 2,5 bis 225 µm. Ein Riss, der schmaler ist als das Datenintervall des gewählten Kopfes, kann zwischen zwei Messpunkte fallen; die Wahl des Kopfes folgt deshalb der kleinsten Rissbreite. Der Profilsensor arbeitet an der High-End Bildverarbeitung mit ultimativer Flexibilität der Modellreihe XG-X als Controller.

Stichprobe am Handarbeitsplatz oder Prüfung in der Linie

Eine Anwendung denkt an eine Stichprobe, eine andere nennt eine automatisierte Linie neben einem Handarbeitsplatz, und an der Kaltverschweißung ist die Stichprobe von Hand der heutige Stand. Die Stichprobe am Handarbeitsplatz ist schnell aufgebaut: eine feste Vorrichtung, eine Kamera darüber, der Werker legt das Teil ein. Sie sagt aber nur etwas über das Los, nicht über jedes Teil. Die Prüfung in der Linie sieht jedes Teil, braucht aber einen festen Platz im Takt, in den Handhabung, Aufnahme und Auswertung passen müssen.

Für beide Wege gilt dasselbe: ohne Grenzmuster keine Schwelle. Erst wenn Gut- und Schlechtteile vorliegen, lässt sich festlegen, ab welcher Größe ein abgelöster Fleck oder ein Span ein Fehler ist. Ebenso gehören Werkstoff, Beschichtung und die Lage der Prüfflächen vor der Auslegung in die Klärung. Für die Dokumentation einer Stichprobe hilft, dass die All-in-One Kamera Bilder an bis zu zwei FTP-Server ablegen kann.

Schweißstellen als Erscheinungsfehler: Loch, Fehlstelle, Schmauch und Kaltverschweißung

Nach dem Fügen stellt sich die Defektfrage an der Verbindung selbst. An den Schweißnähten einer Batterie zählen Löcher, Fehlstellen und zu viel Schmauch als Ausfallkriterien, an einer automatisierten Linie ebenso wie an einem Handarbeitsplatz; Anfang und Ende der Naht sind eigens genannt. Je Prüfung stehen 30 s zur Verfügung. Löcher und Fehlstellen erscheinen als Vertiefung, dafür kommt der Profilsensor in Frage. Schmauch ist eine Verfärbung ohne Höhe und gehört ins Kamerabild.

An einer Kaltverschweißung der Anodenfolie sollen Fehler und Risse aus 90 mm Abstand erkannt werden. Der Abstand von 90 mm liegt im Arbeitsbereich des AI Vision-Sensors der Modellreihe IV4, der von 50 mm bis über 3 m reicht; damit passt er an eine enge Vorrichtung ebenso wie über eine offene Station. Der Vision-Sensor arbeitet ab einem einzigen registrierten Bild mit AI Identify, und je Programm stehen bis zu 64 Prüfwerkzeuge zur Verfügung, sodass sich Fehler und Risse an derselben Folienschweißung in einem Programm bündeln lassen.

Ausbrüche und Korrosion am Zellkontakt einer prismatischen Zelle und Schweißstellen unter den Kriterien einer Knopfzelle behandelt der Beitrag zur Prüfung der Zellhülle.

Häufige Fragen

F Wie lässt sich abgelöstes Zinn an einem Kupferbusbar erkennen?

Wo sich die Zinnschicht löst, liegt Kupfer frei, und der Farbunterschied ist das naheliegende Kriterium. Die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS kann Farbe in ein Binärbild umsetzen, auf dem ein Folgewerkzeug die Fläche bewertet. Ob das am konkreten Teil trennt, zeigt der Test mit Grenzmustern.

F Reicht eine Stichprobe am Handarbeitsplatz für Busbars?

Eine Stichprobe sagt etwas über das Los, nicht über jedes einzelne Teil. In einer dokumentierten Anwendung ist sie als erster Schritt gedacht, weil der Endkunde eine Prüfung verlangt. Wer jedes Teil sehen will, braucht eine Station mit festem Platz im Takt.

F Wann ist ein Riss am Busbar ein Fall für 3D?

Wenn der Riss als Stufe in der Oberfläche steht und im Kamerabild wenig Kontrast hat. Der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 wertet die Höhe aus, mit einer Z-Wiederholgenauigkeit von 0,3 bis 10 µm je nach Messkopf. Die kleinste Rissbreite bestimmt, welcher Kopf mit welchem Datenintervall passt.

F Was gilt an einer Schweißstelle als Erscheinungsfehler?

In dokumentierten Anwendungen sind das Löcher, Fehlstellen, zu viel Schmauch und Risse, etwa an einer Kaltverschweißung der Anodenfolie. Bewertet wird das Aussehen der Stelle als gut oder schlecht, ohne dass ein Maß gefragt ist. Löcher erscheinen als Vertiefung, Schmauch als Verfärbung.

F Welcher Sensor passt zu einer Kaltverschweißung aus 90 mm Abstand?

Eine dokumentierte Anwendung sucht an einer Kaltverschweißung der Anodenfolie Fehler und Risse aus 90 mm Abstand. Dieser Abstand liegt im Arbeitsbereich des AI Vision-Sensors der Modellreihe IV4 von 50 mm bis über 3 m. Je Programm stehen bis zu 64 Prüfwerkzeuge zur Verfügung.

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