Stecker, Busbar und Pins am Batteriemodul und an der HV-Box: Vollständigkeit am Q-Gate und das HV-Etikett auf dem Pack

Batteriemodul, HV-Box und Batteriesteuergerät bekommen ihre Leiter, Stecker und Pins in einer Folge kurzer Montageschritte. Nach dem Schweißen oder nach dem Schließen des Deckels lässt sich keiner davon mehr ohne Aufwand nachprüfen. Dieser Beitrag richtet sich an Ingenieure an Stationen für Modul, HV-Box und Steuergerät, an Q-Gate und Endprüfung des Packs sowie an die Maschinenbauer, die diese Stationen auslegen. Er folgt dokumentierten Vorgängen vom Q-Gate über Busbar, Verbindungsstück und Pin bis zum HV-Etikett auf dem fertigen Pack. Sie beschreiben Aufgaben, Konzepte und Tests.

Wichtige Punkte im Überblick

Geprüft wird dort, wo der Leiter eingelegt wird, spätestens vor der Schweißzelle oder vor dem Deckel, weil ein fehlender Busbar sonst in eine verschweißte Baugruppe gerät.
Am Q-Gate sammeln sich die Prüfungen, die keine Station davor übernommen hat, in einer dokumentierten Anwendung mehrere Dutzend Prüfpunkte an einem Pack.
Liegen die Prüfpunkte auf mehreren Seiten des Packs, betreibt die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G bis zu acht Kameras an einem Controller.
Liegen Kupfer-Alu-Verbindungsstücke vor dem Schweißen etwas verdreht, spricht das für AI Identify des Vision-Sensors, das laut Dokumentation unabhängig von der Orientierung erkennt.
Für die Anwesenheit eines HV-Etiketts muss nichts gelesen werden: Im dokumentierten Test diente der Warnhinweis aus rund 2,1 m als Merkmal.

Vor dem Schweißen und vor dem Deckel: warum der Leiter jetzt geprüft wird

Am Modul folgt auf das Einlegen von Busbar und Verbindungsstück meist unmittelbar das Schweißen. Fehlt ein Leiter, wird eine unvollständige Baugruppe verschweißt, und ein Stecker, der unter dem geschlossenen Deckel einer HV-Box fehlt, ist ohne Öffnen nicht mehr zu ergänzen. Geprüft wird deshalb dort, wo der Leiter eingelegt wird, spätestens vor der Schweißzelle oder vor dem Deckel.

Die Frage dieses Beitrags ist allein, ob etwas da ist. Ob ein Steckerschloss verriegelt, ein Halter verrastet oder ein Pin an der richtigen Stelle sitzt, behandelt die Lageprüfung, auch wenn mehrere der folgenden Aufgaben beides in einem Bild verlangen. Wie hoch ein Pin steht oder wie eben ein Busbar liegt, ist ein Maß mit Toleranz und gehört zur Maßprüfung am Zellkontaktiersystem.

Am Q-Gate: mehrere Dutzend Prüfpunkte an einem Pack

Am Q-Gate eines Batteriepacks sammeln sich die Prüfungen, die keine Station davor übernommen hat. In einer dokumentierten Anwendung sind es mehrere Dutzend Prüfpunkte an einem Pack, darunter rund dreißig Clips und gut ein Dutzend Stecker, verteilt auf mehrere Linien.

Eine HV-Verteilerbox bringt eine Liste von gut einem Dutzend Kriterien für die Endprüfung mit. Für die Dichtung an der Direktkontaktierung wurde getestet, ob sie vorhanden ist, mit je einem AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 links und rechts, Polfilter und einem Farbwerkzeug aus etwa 800 mm. Schrauben und Hülsen blieben ohne Test, weil unklar war, wie der Kabelstrang liegt. Bei sieben Clips ist noch festzulegen, ob nur ihre Anwesenheit oder auch ihre Position geprüft werden soll.

Für eine Station mit vielen Merkmalen ist die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS die naheliegende Klasse. Sie meldet das Ergebnis über EtherNet/IP, PROFINET, EtherCAT oder PLC-Link an die Liniensteuerung. Liegen die Prüfpunkte auf mehreren Seiten des Packs, betreibt die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G bis zu acht Kameras an einem Controller, mit Auflösungen von 0,31 bis 64 MP. Für eine einzelne Blickrichtung an der HV-Box nimmt der Vision-Sensor je Programm bis zu 64 Prüfwerkzeuge auf.

Busbar, Verbindungsstück und Nickelplatte

An einer neuen Fertigungslinie in der Vorserie, noch mit kleiner Wochenstückzahl, soll geprüft werden, ob der Busbar vorhanden ist. Wegen einer Kollisionsgefahr an der Fügestation ist ein seitlich blickender Vision-Sensor vorgesehen.

Auf den Platinen von Lithium-Ionen-Batterien sollen Kupfer-Alu-Verbindungsstücke vor dem Verschweißen vorhanden sein, auch wenn sie etwas verdreht liegen. Das Feld misst etwa 200 x 100 mm. Auf einem Tisch wurden zwei dieser Verbindungsstücke mit dem AI-Werkzeug des Vision-Sensors sicher abgefragt; das ganze Feld deckte der Aufbau noch nicht ab. Dass die Stücke nicht exakt ausgerichtet liegen, spricht für AI Identify, das laut Dokumentation unabhängig von der Orientierung erkennt.

Eine weitere Aufgabe ist die Prüfung von bis zu 50 Nickelplatten auf einem Aluminiumbauteil von etwa zwei Metern Länge, in einer Variante und mit flexibler Ausrichtung. Welches Gerät dort passt, ist noch offen. Für einzelne Leiter an bekannter Stelle kann ein Vision-Sensor genügen, denn zum Einrichten von AI Identify reicht die Registrierung eines einzigen Bildes. Bei fünfzig Platten auf zwei Metern stellen sich dagegen Bildfeld und Auflösung als erste Testfragen, und die klärt nur das Originalteil.

Pins in Buchse und Stecker: HV-Box, Kunststoffträger und Spritzgussteil

Für eine HV-Junction-Box sollen in den Buchsen einer Batteriewand rund fünfzig Stifte erkannt werden, in einem Bildfeld von etwa 800 x 400 mm. Genauigkeit und Taktzeit sind noch nicht festgelegt, ausgelegt wird, sobald Teile vorliegen. Viele Stifte in einem Feld von 800 mm machen die Auflösung zur ersten Testfrage; die Bildverarbeitung deckt Kameras bis 64 MP ab.

Eine Planungsabteilung, die für Zellkontaktiersysteme Konzepte und Vorgaben für Lastenhefte erarbeitet, beschreibt einen Kunststoffträger, der auf Vollständigkeit zu prüfen ist, etwa auf einen abgebrochenen Pin. Ist der Träger nicht in Ordnung, lässt er sich im Folgeprozess nicht einlegen, im ungünstigen Fall droht ein Kurzschluss. Als Prüfreferenz nennt das Konzept eigens angefertigte Fehlermuster, die sicher erkannt werden müssen.

An einem Spritzgießwerkzeug für Steckerteile von Werkzeugakkupacks kommen acht Teile je Zyklus aus der Maschine, an jedem sind vier Pins auf Vorhandensein zu prüfen. In Frage kommt die All-in-One Kamera; mit 3,2 MP lassen sich vier Pins je Aufnahme prüfen, ohne die Kamera zu verfahren.

Stecker am Batteriesteuergerät: mehrere Varianten, mehrere Blickwinkel

An einem Batteriesteuergerät sollen die Steckverbindungen geprüft werden, und nicht jeder Stecker ist aus derselben Richtung zu sehen. Das Gerät gibt es in vier Varianten mit zwei bis vier Modullagen, das Bildfeld liegt bei etwa 600 x 400 mm, der Bauraum lässt viel Freiheit. Mehrere Blickwinkel an einem Controller sprechen für die Bildverarbeitung. Kommt die Variante aus dem Auftrag, wählt die Station das passende Programm; der Vision-Sensor schaltet über externe Eingänge bis zu 32 Programme um.

Bei einem Stecker an einer Batterieanlage ist zu unterscheiden, ob nichts aufgesetzt ist, eine gelbe Schutzkappe oder der Stecker selbst. Für die gelbe Kappe passt das Farbwerkzeug des Vision-Sensors, das nach Farbe und Helligkeit unterscheidet. An einem Battery Management Controller soll eine Dichtungskontrolle die Anwesenheit neben der Lage prüfen.

HV-Etikett und Warnaufkleber: vorhanden ja oder nein, auch unter dem Kran

Am fertigen Pack interessiert die Station, ob das Etikett aufgeklebt ist. Auf eine HV-Batterie für Fahrzeuge eines Exportmarkts kommen drei Warnetiketten, zwei davon etwa 300 mm voneinander entfernt. Die Kamera soll rund 2,1 m über dem Pack sitzen, weil darunter ein Kran hindurchfahren muss; ausgelöst wird die Abfrage getaktet von der Anlage. Im Test wurde an einem sehr ähnlichen Etikett der Warnhinweis aus dieser Entfernung sicher erkannt. Zwei nahe Etiketten könnte ein Sensor mit zwei Programmen abdecken, sodass zwei Geräte für drei Etiketten genügen würden.

In einer zweiten Anwendung ist ausdrücklich nur gefragt, ob das Etikett vorhanden ist, aus knapp 900 mm Abstand; von zwei Etikettenvarianten ist nur eine abzufragen. Für gelbe Etiketten auf schwarzen Batterieboxen aus etwa 800 mm ist eine Prüfung geplant. Auf Blistern von Gerätebatterien geht es um eine schnelle Anwesenheitsprüfung des Druckbilds bei 4 m/s mit einer Kamera je Spur.

Den Text eines Etiketts oder einen DMC auf dem Aufkleber zu lesen und die Güte eines Codes zu bewerten, sind Aufgaben von Codelesen und Kennzeichnung. Für ein einzelnes Etikett auf Distanz ist der Vision-Sensor geeignet: Sein Arbeitsabstand reicht laut Spezifikation von 50 mm bis über 3 m, Polarisationsfilter gibt es als Zubehör. Mehrere Etiketten in einem Bild oder die kurze Belichtung an einer schnellen Linie sprechen für die All-in-One Kamera, wobei die Belichtung am Original zu testen ist.

Häufige Fragen

F Warum werden Busbar und Verbindungsstück vor dem Schweißen geprüft?

Nach dem Schweißen ist die Baugruppe geschlossen, ein fehlender Leiter lässt sich dann nicht mehr einfach ergänzen. Die Prüfung gehört deshalb an die Station, die den Leiter einlegt, oder unmittelbar davor. Für einzelne Leiter an bekannter Stelle kommt der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 in Frage.

F Wie viele Prüfpunkte an einem Pack passen in eine Station?

Der Vision-Sensor nimmt je Programm bis zu 64 Prüfwerkzeuge auf. Verteilen sich mehrere Dutzend Prüfpunkte auf mehrere Seiten des Packs, betreibt die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G bis zu acht Kameras an einem Controller. Wie viele Punkte ein Bild sicher trägt, hängt von Bildfeld und Merkmalsgröße ab und klärt der Test.

F Wie wird die Variante eines Moduls oder Steuergeräts berücksichtigt?

Ist die Variante aus dem Auftrag bekannt, wählt die Station das passende Prüfprogramm, und der Vision-Sensor schaltet über externe Eingänge bis zu 32 Programme um. Die Prüfung bleibt dann eine Vollständigkeitsprüfung. Muss die Station den Typ erst aus dem Bild bestimmen, ist das eine Aufgabe der Typunterscheidung.

F Muss ein HV-Etikett gelesen werden, um seine Anwesenheit zu prüfen?

Nein. Für die Anwesenheit genügt, dass das Etikett an seiner Stelle erkannt wird; in einem dokumentierten Test diente dafür der Warnhinweis aus rund 2,1 m als Merkmal. Eine dokumentierte Anwendung schließt Position und Ausführung des Etiketts ausdrücklich aus.

F Welche Rolle spielen Polfilter bei Etiketten und Steckern?

Etikettenfolie und Kunststoff können glänzen, und der Glanz hängt von Beleuchtung und Blickwinkel der Station ab. Im dokumentierten Test an der HV-Box wurde mit Polfilter gearbeitet, für Etiketten aus knapp einem Meter sehen ihn zwei Anwendungen vor. Ob er nötig ist, zeigt ein Test am Originalteil.

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