Codelesen in der Metallverarbeitung: Lesestellen an Schmiedelinie, Werkzeugmaschine, Stanze und Blech planen

In einem Metallbetrieb wechselt ein Teil mehrfach seine Gestalt. Aus dem Stab wird ein Schmiedeteil, aus dem Band ein Abschnitt, aus dem Rohling eine fertig bearbeitete Welle. An jeder dieser Stellen steht dieselbe Frage im Raum: Welches Teil liegt hier gerade, und was folgt daraus für den nächsten Schritt? Dieser Beitrag richtet sich an Prozess- und Fertigungsingenieure in Schmiede-, Zerspanungs-, Stanz- und Blechbetrieben, an die Bauer solcher Linien und an die Instandhaltung, die einen Leser in eine bestehende Maschine bringen soll. Er zeigt an dokumentierten Anwendungen, wo Lesestellen in der Prozesskette sitzen, wie ein Codeleser in eine nasse, geschlossene oder enge Maschine kommt und wie Halbzeug und Blech ihre Nummer behalten. Zum Stand der Fälle: Es sind Anfragen, Konzepte, Vorschläge und Tests an Muster- oder Produktionsteilen, keine installierten Anlagen. Wie ein direktmarkierter Code auf Metall gelesen und bewertet wird, beschreibt der Beitrag zum DPM-Grading auf Metall.

Wichtige Punkte im Überblick

Die Zahl der Lesestellen ergibt sich aus dem Ablauf, nicht aus dem Gerät: In einer Wellenlinie ist es jeder einzelne Bearbeitungsschritt, was schnell zu einer zweistelligen Zahl von Geräten an einer Linie führt.
Handscanner sind in diesen Konzepten keine Ersatzlösung, sondern eine eigene Lesestelle für Teile, die die Linie kurz verlassen, etwa zur Qualitätskontrolle von Hand entnommene Teile.
Laut Katalog hat der AI-Codeleser der Modellreihe SR-X bei aufgesetzter Abdeckung des USB-Anschlusses die Schutzart IP67, ob das Gehäuse einer bestimmten Emulsion auf Dauer standhält, wird vorab geklärt.
Wird ein Leser an einer bestehenden Stanze nachgerüstet, gehören Abmessungen, Kabelabgang und Leseabstand auf die Zeichnung, bevor gefräst wird, einfacher ist es, die Lesestelle gleich mit der Maschine zu konstruieren.
Halbzeug und Blech verlieren ihre Nummer leicht dort, wo aus einem Stück viele werden oder wo sie von Hand bewegt werden, deshalb wird der Code gelesen, bevor Abschnitt, Lage oder Messwert entstehen.

Wo die Nummer gebraucht wird: Lesestellen in der Prozesskette eines Metallbetriebs

Die Anfragen aus Metallbetrieben beginnen selten beim Gerät. Sie beginnen bei einer Stelle im Ablauf, an der jemand wissen muss, welches Teil kommt: Welches Werkstück fährt in die Maschine? Welcher Blechtyp liegt auf dem Messtisch? Welcher Abschnitt eines langen Bandes wird gerade geschnitten? Wurde im Stapel ein Blech vergessen?

Für jede Lesestelle lassen sich drei Dinge früh festhalten. Erstens der Ort im Prozess, also vor oder nach welchem Schritt die Identität gebraucht wird. Zweitens die Umgebung an genau diesem Ort, von Kühlschmierstoff über eine geschlossene Schiebetür bis zum Roboterarm. Drittens die Folge der Lesung: Geht der Inhalt an die SPS, wird ein Teil ausgeschleust, oder dient die Lesung der internen Rückverfolgbarkeit? Die folgenden Abschnitte gehen die dokumentierten Orte nacheinander durch, von der Linie über die einzelne Maschine bis zum Halbzeug.

Schmiedelinie: an Schleuse, Vereinzelung und vor der Zerspanung lesen

Im Konzept eines Anlagenbauers für eine Schmiedelinie werden aus Vierkantstäben lange Wellen und Stangen. Der Ablauf führt über Sägen, Erwärmen, Schmieden und Kalibrieren in eine Kühlstrecke, danach folgen Zerspanung und Lackierung. Nach der Kühlstrecke erhält jedes Teil seinen Code stirnseitig an beiden Enden. Ab dort sind mehrere Lesestellen vorgesehen: an der Schleuse für Fehlteile, an der Vereinzelung in mehrere Linien, an den Bearbeitungsstationen und an einer Lesestation kurz vor der Zerspanung. Erst dort wird der Inhalt tatsächlich ausgelesen und an die SPS übermittelt.

Für die festen Stellen sieht das Konzept AI-Codeleser der Modellreihe SR-X vor, an jeder Station paarweise. Wo mehrere Leser eine Lesestelle bilden, beschreibt der Katalog eine erweiterte Multi-Kopf-Funktion: Mehrere Codeleser arbeiten als Master und Slave zusammen, der Master beurteilt alle Geräte, ohne dass eine SPS die Teilergebnisse zusammenführen muss.

Ein Punkt des Konzepts betrifft den Menschen an der Linie. Teile können zur Qualitätskontrolle von Hand entnommen werden. Dafür sind Handscanner eingeplant (Robuster AI-Handscanner der Modellreihe HR-X). Der Handscanner ist hier keine Ersatzlösung, sondern eine eigene Lesestelle für Teile, die die Linie kurz verlassen.

Wellenlinie: vor jedem Bearbeitungsschritt identifizieren, auch im Durchlauf

Eine zweite Anfrage betrifft eine bestehende Wellenlinie. Dort sollen Codeleser nachgerüstet werden, um die Einzelteile vor jedem Bearbeitungsschritt zu identifizieren und so im Nachgang eine interne Rückverfolgbarkeit zu haben. Die gewünschte Folge der Lesestellen ist lang: nach der Beschriftung im Zulauf vor der Schweißzelle, nach dem Drehen, nach den Verzahnungspressen, beim Einschleusen nach der Verzahnung, nach dem Fräsen, an mehreren Stellen beim Hartdrehen und schließlich beim Waschen. An einigen dieser Stellen soll im Durchlauf gelesen werden, ohne dass das Teil anhält.

Vorgesehen sind überwiegend Codeleser der Modellreihe SR-X und an einer Stelle ein 1D- und 2D-Codeleser der Modellreihe SR-2000. Im Zulauf und beim Hartdrehen kommen Handscanner hinzu, mit denen Teile von Hand nachgescannt werden. Auch hier gilt: Die zweite Lesestelle gehört zum Ablauf der Linie.

Für die Planung zeigt der Fall, dass eine Lesestelle je Bearbeitungsschritt schnell zu einer zweistelligen Zahl von Geräten an einer Linie führt. Wo im Durchlauf gelesen wird, sollten Leseabstand, Sichtfeld und Fördergeschwindigkeit mit Originalteilen geprüft werden, bevor die Position der Halterung feststeht.

An der Werkzeugmaschine: Emulsion, Öl, Schiebetür und Roboterarm

An einer Zerspanungsanlage soll ein Codeleser der Modellreihe SR-2000 mehrere DMC in einem Bild erfassen, bei einem Sichtfeld von einigen hundert Millimetern und Zellgrößen unter einem Millimeter. Der Leser soll außerhalb der Anlage hängen, weil im Arbeitsraum viel gespült wird und eine Schiebetür die Maschine während der Bearbeitung schließt. Für solche Montagen beschreibt der Katalog des SR-2000 ein Objektiv mit größerer Tiefenschärfe, mit dem der Codeleser außerhalb des Arbeitsbereichs installiert werden kann.

Zwei verwandte Anfragen betreffen Wellen, die in einer CNC-Bearbeitung gelesen werden sollen. In der ersten Anlage sind Emulsionen aus Öl und Wasser im ganzen Maschinenbereich vorhanden, die Schutzart soll vorab bestätigt werden. In der zweiten gibt es nur Öl, dafür arbeitet ein Roboterarm so nah am Teil, dass der Leser dort keinen Platz findet. Erwogen wird eine Art Tunnel an der Stelle, an der der Bediener das Material in die Maschine einlegt. Für die erste Anlage ist eine Erprobung an Originalteilen vorgesehen.

Laut Katalog hat die Modellreihe SR-X die Schutzart IP67 (bei aufgesetzter Abdeckung des USB-Anschlusses), ein gegen Schmutz, Staub und Wasser beständiges Gehäuse und ein gehärtetes Glas. Für Codes, die durch Ölflecken oder Beschädigungen beeinträchtigt sind, beschreibt der Katalog das SR-X Link System: Die Leser teilen Zellinformationen der Codes, und mit der Link-Dekodierung nutzt der Typ SR-X300 die Musterinformationen eines anderen SR-X im selben Netzwerk, wenn ein 2D-Code über seine Fehlerkorrektur hinaus beschädigt ist. Ob ein Gehäuse einer bestimmten Emulsion auf Dauer standhält, geht über die Schutzart hinaus und ist mit dem Datenblatt des Kühlschmierstoffs vorab zu klären.

Einen Testbefund gibt es von Stahlplatten und Zahnrädern, deren kleine Codes direkt nach der CNC-Bearbeitung gelesen werden, ölig und verschmutzt. Bei Tests im laufenden Produktionsbetrieb lasen Codeleser der Modellreihe SR-X diese Teile stabil; teils wurden dabei alle drei Beleuchtungsarten genutzt, die der Katalog für den SR-X300 nennt.

Eine Sonderumgebung zeigt eine Anfrage aus einer Ätzlinie für bedruckte Metallteile. Ein Leser soll dort von unten nach oben einen QR-Code von etwa zehn Millimetern lesen, immer an derselben Stelle, im kontinuierlichen Lesemodus und bei einem Abstand, der um wenige Millimeter schwankt. Ein Test ist geplant.

An der Stanze: den Leser nachrüsten, wenn kein Bauraum eingeplant ist

Bei einer Stanze wurde die Lesestelle erst nach der Konstruktion vorgesehen. Für den Leser bleiben wenige Zentimeter Leseabstand, und ein Bereich der Maschine muss weggefräst werden, damit das Gerät Platz findet. Abgewinkelte Stecker für Spannung und Ethernet sollen helfen, mit dem vorhandenen Raum auszukommen, angebunden wird über PROFINET. Die Konstruktion des Betreibers plant den Einbau ein.

Laut Katalog ist die Modellreihe SR-X so kompakt, dass sie sich ohne großen konstruktiven Aufwand integrieren und nachrüsten lässt. An einer Stanze heißt das trotzdem: Abmessungen, Kabelabgang und Leseabstand gehören auf die Zeichnung, bevor gefräst wird.

Einfacher ist es, die Lesestelle mit der Maschine zu konstruieren. In einem anderen Betrieb soll eine neue Stanzanlage von Anfang an einen Codeleser erhalten, der den Code liest und damit das passende Programm lädt. Einen Zeitraum dafür gibt es noch nicht.

Halbzeug an Linie, Coil und Messanlage: die Nummer lesen, bevor Abschnitt, Lage oder Messwert entstehen

Halbzeug verliert seine Nummer leicht dort, wo aus einem Stück viele werden oder wo es von Hand bewegt wird. An einer langen Linie soll ein DMC gelesen werden, bevor aus dem Band ein Blechabschnitt entsteht. Der Code ist gedreht, der Abstand liegt bei wenigen hundert Millimetern. Vorgeschlagen ist ein Codeleser der Modellreihe SR-X mit langem Kabel und verstärkter Halterung.

In einer Verpackungsanlage für Coilblech in schmaleren Breiten sollen mehrere Lagen auf einmal erfasst werden. Das Sichtfeld muss dafür deutlich über einen halben Meter hoch sein. Ob ein Leser diese Höhe abdeckt, hängt von Abstand und Tiefenschärfe ab und wird vor einem Test geklärt. Der Katalog des SR-2000 nennt größere Tiefenschärfe und größeren Abstand; ein sehr großes Sichtfeld und Tiefenschärfe beschreibt der Katalog für den Logistik-Codeleser der Modellreihe SR-5000, dessen größter Typ eine 16,8-Megapixel-Kamera hat. Entschieden ist dort noch nichts.

Ein Konzept betrifft eine Offline-Messanlage, auf der Elektrobleche für große elektrische Maschinen auf Ebenheit und Dicke vermessen werden. Die Bleche werden von Hand positioniert, und welcher Blechtyp auf dem Tisch liegt, steht heute auf einem Zettel. Das gibt keine Sicherheit, dass wirklich das richtige Produkt liegt. Künftig soll die Zuordnung über einen Code erfolgen. Weil jedes Produkt eigene Anschläge hat, sitzt der Code an wechselnden Positionen; das Sichtfeld liegt in der Größenordnung von einem halben mal einem Meter, aus etwa ein bis eineinhalb Metern Entfernung. Offen ist, ob ein fester Leser mit PROFINET oder ein Handscanner der Modellreihe HR-X die Lesung übernimmt.

Bleche von Hand stapeln: Tiefenschärfe über den Stapel und kein vergessenes Blech

An Handarbeitsplätzen werden Bleche mit gelasertem DMC eingelegt und übereinandergestapelt. Die Anforderung in einem Fall ist einfach formuliert: Es darf kein Blech vergessen werden. Gewünscht ist eine Tiefenschärfe von einigen Zentimetern über den Stapel, und starke Spiegelungen und Dellen im Blech machen die Reflexionen schwer vorhersehbar. Im Test las ein Codeleser der Modellreihe SR-X den gelaserten DMC gut; die Tiefenschärfe über die volle Stapelhöhe ist vor der Umsetzung in einer abschließenden Machbarkeitsprüfung zu klären. Die Daten sollen per USB in eine Tabelle geschrieben werden, so wie bisher mit dem Handscanner.

Ein anderer Betrieb beschreibt drei Anwendungen mit Blech, die erste an einem Handarbeitsplatz mit silbernem Blech und gelasertem DMC. Beim Stapeln war eine Tiefenschärfe von rund 20 Millimetern im Test unproblematisch. In einer zweiten Anwendung sollen verschiedene Blechvarianten ohne Anschlag unter den Leser gehalten werden; auch angewinkelt war die Lesung im Test stabil. Um die größere Varianz abzudecken, ist dort der Typ SR-X300 vorgesehen. Alle Anwendungen sind mit USB und einem kleinen Triggersensor geplant, offen ist noch, wie mehrere Leser ihre Daten an denselben Rechner schicken.

Für solche Plätze beschreibt der Katalog des SR-X eine Funktion mit Dauerbeleuchtung: Der Leser hängt über dem Arbeitsplatz und liest, sobald das Teil darunter gehalten wird, beide Hände bleiben frei. In einem weiteren Konzept sollen drei Blechpakete in einem Sichtfeld von rund 0,3 Metern erfasst werden; denkbar ist, dies mit einem einzigen Leser abzudecken. Wie klein die Zellen dabei sein dürfen, hängt vom Arbeitsabstand ab und wird mit dem tatsächlichen Code geklärt.

Häufige Fragen

F Wie viele Lesestellen braucht eine Linie in der Metallbearbeitung?

So viele, wie es Stellen gibt, an denen der nächste Schritt wissen muss, welches Teil kommt. In dokumentierten Konzepten sind das Schleuse, Vereinzelung, Bearbeitungsstationen und die Stelle vor der Zerspanung, in einer Wellenlinie jeder einzelne Bearbeitungsschritt. Die Zahl ergibt sich aus dem Ablauf, nicht aus dem Gerät.

F Kann ein Codeleser an einer Werkzeugmaschine mit Emulsion und Öl arbeiten?

Laut Katalog hat die Modellreihe SR-X die Schutzart IP67 (bei aufgesetzter Abdeckung des USB-Anschlusses) und ein gegen Schmutz, Staub und Wasser beständiges Gehäuse. Die Beständigkeit gegen einen bestimmten Kühlschmierstoff geht darüber hinaus und ist vorab zu klären. In einer dokumentierten Anwendung soll der Leser außerhalb des Arbeitsraums hängen, weil gespült wird und eine Schiebetür die Maschine schließt.

F Lässt sich ein Codeleser an einer bestehenden Stanze nachrüsten?

Ja, wenn Bauraum, Leseabstand und Kabelabgang vorher geklärt sind. Laut Katalog lässt sich die Modellreihe SR-X ohne großen konstruktiven Aufwand nachrüsten. In einem dokumentierten Fall bleiben wenige Zentimeter Abstand, abgewinkelte Stecker sollen helfen, und ein Bereich der Maschine muss weggefräst werden.

F Wie wird der Blechtyp an einer Messanlage sicher zugeordnet?

Über einen Code am Blech statt über einen Zettel neben dem Tisch. Sitzt der Code je Produkt an einer anderen Stelle, braucht ein fester Leser ein großes Sichtfeld; alternativ liest ein Handscanner. Welche Lösung passt, hängt von Sichtfeld, Abstand und Anbindung ab.

F Wofür braucht eine Linie mit festen Codelesern zusätzlich einen Handscanner?

Für Teile, die die Linie verlassen, etwa zur Qualitätskontrolle von Hand entnommene Teile. In einer Wellenlinie ist der Handscanner zusätzlich für das manuelle Nachscannen im Zulauf und beim Hartdrehen vorgesehen. Er ist dort eine eigene Lesestelle im Ablauf.

Weiterführende Artikel

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