Defektprüfung an Stanzteilen: Risse, Grat und Dellen trotz Werkzeugverschleiß sicher erkennen

Ein Stanzteil verlässt die Presse im Sekundentakt, und ein einziger übersehener Riss kann eine Reklamation auslösen, die den Ertrag einer ganzen Charge auffrisst. Genau an dieser Stelle beginnen viele Projekte im Presswerk. Nach einer Beanstandung oder wegen einer geforderten 100-Prozent-Kontrolle soll die Sichtprüfung durch den Werker abgelöst werden, weil sie über drei Schichten weder lückenlos noch reproduzierbar zu leisten ist. Dieser Beitrag zeigt, welche Fehlerbilder an Stanz- und Umformteilen typisch sind, warum sie über eine Charge hinweg zunehmen und wie eine automatische Prüfung auch an glänzendem Blech stabil bleibt.

Wichtige Punkte im Überblick

An Stanz- und Umformteilen treten immer wieder dieselben Defekte auf, meist an Kanten, Radien und umgeformten Bereichen: Risse, Grat, Dellen, Ausbrüche, Einschlüsse und Kratzer.
Der Grat wächst mit fortschreitendem Werkzeugverschleiß über die Charge an, sodass die Defektprüfung zugleich als indirekte Überwachung des Werkzeugzustands dient.
Vor der Technik steht die Definition der Prüfaufgabe mit vier Eckpunkten: kleinste relevante Fehlergröße, Teilevarianten mit automatischer Umschaltung, Prüfseiten und Taktzeit.
Feste 2D-Helligkeitsschwellen deuten Reflexionen an glänzendem, gewölbtem Blech als Fehler und erzeugen so Pseudoausschuss, der sich mit jeder Chargenschwankung verschiebt und ein erneutes Nachparametrieren erzwingt.
Die Lösung richtet sich nach der Fehlerart und kombiniert oft mehrere Ansätze: AI-Klassifizierung für vielfältige Fehlerbilder, LumiTrax für glänzende Flächen und 3D-Höhenmessung für Dellen und Grat.

Typische Fehlerbilder an Stanz- und Umformteilen

Die Bandbreite der Fehler ist überschaubar, ihre Ausprägung dagegen groß. In Projektunterlagen aus Presswerken und Stanzereien tauchen immer wieder dieselben Defekte auf, meist an Kanten, Radien und umgeformten Bereichen:

Risse, häufig an scharfen Radien oder nach dem Tiefzug
Grat an Schnittkanten, ein direktes Anzeichen für den Zustand des Werkzeugs
Dellen und Beulen auf der Fläche sowie Erhebungen im Blech
abgebrochene Kanten und Ausbrüche an der Schnittlinie
Einschlüsse und Fremdkorn aus dem Coilmaterial
Kratzer und Riefen aus Transport, Werkzeug oder Handhabung

Viele dieser Fehler entstehen erst im Umformschritt oder zeigen sich am Rand des Teils, wo Material fließt und Spannungen auftreten. Ein Teil, das mittig einwandfrei aussieht, kann an der Kante bereits einen feinen Riss tragen. Für die Prüfplanung folgt daraus eine wichtige Unterscheidung: Manche Defekte heben sich über den Kontrast im Bild ab, etwa ein dunkler Kratzer auf heller Fläche. Andere sind nur über die Höhe zu erfassen, zum Beispiel eine flache Delle oder ein feiner Grat. Diese Trennung bestimmt später die Sensorwahl.

Werkzeugverschleiß als Ursache

Ein Merkmal hebt die Stanzprüfung von anderen Defektaufgaben ab: Die Fehler treten nicht zufällig auf, sondern folgen dem Zustand des Werkzeugs. Ein Schnittstempel wird mit jedem Hub minimal stumpfer. Anfangs bleibt der Grat unauffällig, doch mit fortschreitendem Verschleiß wächst er messbar an, und irgendwann überschreitet er die Grenze zum Fehler. Dasselbe gilt für Ausbrüche an der Schnittkante, die mit einem beschädigten Werkzeug häufiger werden.

Damit wird die Defektprüfung zu mehr als einer reinen Ausschusskontrolle. Sie liefert indirekt ein Bild vom Zustand des Werkzeugs. Steigt der Gratanteil über die Charge kontinuierlich an, ist das ein Frühwarnsignal für die Instandhaltung, lange bevor Teile massenhaft ausfallen. Für die Auslegung der Prüfung hat das eine klare Konsequenz. Das System darf nicht nur ein festes, einmal eingelerntes Fehlerbild suchen. Es muss ein driftendes Merkmal erkennen, dessen Ausprägung sich langsam verändert, ohne bei jeder kleinen Schwankung Alarm zu schlagen.

Die Prüfaufgabe definieren

Bevor Technik ins Spiel kommt, lohnt sich eine nüchterne Beschreibung der Aufgabe. Erfahrungsgemäß entscheiden vier Punkte über Erfolg oder Frust.

Zuerst die kleinste relevante Fehlergröße. In dokumentierten Anwendungen reicht die Spanne vom Millimeterbereich bis hinunter zu Fehlern um 0,2 mm Kantenlänge. Je kleiner der Fehler, desto höher die nötige Auflösung und desto kleiner das sinnvolle Bildfeld. Wer alles gleichzeitig fordert, große Teile und winzige Fehler in einer Aufnahme, arbeitet gegen die Physik.

Zweitens die Varianten. Presswerke fertigen oft zehn oder mehr Teiletypen auf derselben Linie. Die Prüfung muss zwischen ihnen automatisch umschalten, idealerweise ohne Eingriff des Werkers, ausgelöst über ein Signal der Steuerung.

Drittens die Prüfseite. Viele Teile müssen beidseitig geprüft werden, was den Aufbau mit mehreren Kameras oder eine Wendeeinrichtung erfordert. Diese Frage früh zu klären, spart im Aufbau viel Bauraum und Diskussion.

Viertens die Taktzeit. Typische Vorgaben liegen bei wenigen Sekunden pro Teil. Bildaufnahme, Auswertung und Ausschleusung müssen in dieses Fenster passen, auch bei mehreren Ansichten pro Teil.

Warum feste 2D-Schwellen an glänzendem Blech scheitern

Der wunde Punkt fast jedes Blechprojekts ist die glänzende, oft gewölbte Oberfläche. Am Scheitel eines tiefgezogenen Teils strahlt das Licht so stark ab, dass eine Kamera mit fester Helligkeitsschwelle dort einen Fehler meldet, wo keiner ist. Das Ergebnis ist Pseudoausschuss. Gute Teile werden aussortiert, die Nachprüfung bindet Personal, und der Ausstoß sinkt.

Verschärfend kommt die Chargenstreuung hinzu. Ein neues Coil, eine andere Oberflächenbehandlung oder ein leicht veränderter Ölfilm verschieben das Reflexionsverhalten. Eine starr parametrierte Prüfung, die gestern lief, erzeugt heute Fehlalarme, und jemand muss die Anlage nachjustieren. Genau dieses wiederholte Nachparametrieren ist in der Praxis einer der Hauptgründe, warum eine einfache Kontrastprüfung an Serienblech an ihre Grenze kommt. Sie unterscheidet nicht zuverlässig zwischen einer harmlosen Reflexion und einem echten Defekt.

Lösungswege

Gegen diese Hürden haben sich in der Metallverarbeitung mehrere Ansätze bewährt, die sich je nach Fehlerbild auch kombinieren lassen.

Für vielfältige, schwer in Regeln fassbare Fehlerbilder eignet sich die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS mit ihrer AI-Klassifizierung. Sie lernt aus Beispielen die Grenze zwischen Gutteil und Fehler und bleibt auch dann stabil, wenn das Fehlerbild von Teil zu Teil variiert.
Für kontrastbasierte Fehler auf glänzenden Flächen bietet die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G das Verfahren LumiTrax. Es nimmt die Fläche unter wechselnden Beleuchtungsrichtungen auf und trennt die Form der Oberfläche von ihrer Helligkeit. Kratzer und feine Risse werden so sichtbar, ohne dass Reflexionen die Prüfung stören.
Für höhenrelevante Fehler wie Dellen, Grat oder eine Reststufe hilft der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000. Er misst die Höhe statt der Helligkeit und trennt damit einen echten Defekt sauber von einer bloßen Spiegelung.
Für einfache Anwesenheits- und Grobfehlerprüfungen genügt oft schon der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4, etwa wenn nur ein grober Ausbruch oder ein fehlendes Merkmal abzusichern ist.

Welcher Weg passt, ergibt sich aus der Fehlerart. Ein flacher Grat ist ein Höhenthema und damit ein Fall für den Profilsensor. Ein feiner Kratzer auf glänzender Fläche ist ein Kontrastthema für LumiTrax. Ein buntes Gemisch schwer beschreibbarer Fehler spricht für die lernende Bewertung der Modellreihe VS. Nicht selten deckt erst eine Kombination die gesamte Prüfaufgabe ab.

Von der Stichprobe zur 100-Prozent-Kontrolle

Der Schritt von der gelegentlichen Stichprobe zur durchgängigen Prüfung ist mehr als eine Frage der Kamera. Er berührt die Anlage, die Steuerung und die Verantwortlichkeiten. Die Anbindung erfolgt in der Regel über Profinet, damit Schlechtteile im Takt ausgeschleust werden und die Prüfergebnisse in die Linie zurückfließen. Ebenso gehört geklärt, wer das System betreibt. Häufig plant ein Maschinenbauer die Zelle, ein Integrator setzt sie um, oder der Betrieb integriert selbst mit Unterstützung eines Applikationsingenieurs.

Am Anfang steht dennoch immer die saubere Definition der Prüfaufgabe. Ein Fehlerkatalog benennt jede relevante Fehlerart und ihre kleinste noch zu erkennende Größe, und Grenzmuster halten reale Teile an der Schwelle zwischen gut und schlecht fest. Darauf folgt der Machbarkeitstest mit Original-Stanzteilen im realen Zustand, also ölig, mit echter Kantenausprägung und der tatsächlichen Serienstreuung. Ein System, das am gutmütigen Musterteil überzeugt, aber an der Streuung des Alltags scheitert, ist die klassische Enttäuschung. Erst der Test unter realen Bedingungen macht aus einer Vermutung eine belastbare Auslegung, die auch im Dreischichtbetrieb hält.

Häufige Fragen

F Wie erkenne ich Risse an Stanz- und Umformteilen zuverlässig?

Feine Risse liegen oft an Radien und Kanten und heben sich im Bild nur schwach ab. Bewährt hat sich eine hochauflösende Prüfung mit gerichteter Beleuchtung, etwa über LumiTrax auf der Modellreihe VS-G, das die Oberflächenform statt der reinen Helligkeit auswertet. Bei sehr vielfältigen Rissbildern ergänzt die AI-Klassifizierung der Modellreihe VS, weil sie die Grenze zwischen echtem Riss und harmloser Struktur aus Beispielen lernt.

F Warum nimmt der Grat über eine Charge hinweg zu?

Ein Schnittwerkzeug verschleißt mit jedem Hub. Je stumpfer der Stempel, desto stärker der Grat an der Schnittkante. Deshalb ist ein steigender Gratanteil ein Frühwarnsignal für den Werkzeugzustand. Eine automatische Defektprüfung, die diesen Trend über die Charge verfolgt, dient damit zugleich als indirekte Werkzeugüberwachung und meldet den Wartungsbedarf, bevor Teile massenhaft ausfallen.

F Warum erzeugt meine Kamera an glänzendem Blech Pseudoausschuss?

Gewölbte, spiegelnde Blechflächen strahlen das Licht ungleichmäßig ab, besonders an Scheitelpunkten. Eine Kamera mit fester Helligkeitsschwelle deutet solche Reflexionen als Fehler. Abhilfe schaffen LumiTrax, das über wechselnde Beleuchtungsrichtungen ein Formbild erzeugt und die Oberflächenform bewertet, eine 3D-Höhenmessung bei höhenrelevanten Fehlern sowie eine lernende Fehlerklassifizierung, die echte Defekte von Reflexionen trennt.

F Wie prüfe ich mehrere Teilevarianten auf einer Linie?

Die Prüfung sollte zwischen den Varianten automatisch umschalten, ausgelöst über ein Signal der Steuerung, ohne dass der Werker eingreift. Für jede Variante wird ein eigener Prüfablauf hinterlegt. Wichtig ist, die kleinste relevante Fehlergröße und die Prüfseiten je Variante vorab festzulegen, damit Bildfeld, Auflösung und Kameraanzahl von Beginn an passen.

F Welche Fehler brauchen einen 3D-Profilsensor statt einer Kamera?

Immer dann, wenn ein Fehler über die Höhe definiert ist und sich im Bild kaum vom Untergrund abhebt. Dellen, Grat, Erhebungen und eine Reststufe nach dem Entgraten sind typische Fälle. Der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 misst die Höhe direkt und trennt so den echten Fehler von einer Reflexion, die eine reine Kamera irritieren würde.

F Was gehört in einen aussagekräftigen Machbarkeitstest?

Reale Stanzteile aller Varianten im Originalzustand, also mit echtem Öl, tatsächlicher Kantenausprägung und der Serienstreuung, dazu ein Fehlerkatalog mit Grenzmustern und die Eckdaten Taktzeit, kleinste Fehlergröße und Prüfseiten. Erst der Test unter diesen Bedingungen zeigt, ob die Erkennung stabil bleibt und die Pseudoausschussrate niedrig genug ist, um die Linie nicht auszubremsen.

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Automatisierung und Qualitätssicherung in der Metallverarbeitung: Der Überblick für QS- und Fertigungsleiter

Hauptartikel zum Thema: Oberflächen- und Defektprüfung an Metallteilen: Kratzer, Risse, Poren und Beschichtungsfehler zuverlässig finden

Weiterer Artikel im Thema: Dellen, Grat und Erhebungen auf Metall prüfen: wann ein 3D-Profilsensor die 2D-Kamera schlägt

Weiterer Artikel im Thema: Beschichtungsfehler und Verschmutzung auf Metall automatisch erkennen: fehlende Schicht, Glanzstellen, Partikel

Weiterer Artikel im Thema: Oberflächenfehler im Labor analysieren und dokumentieren: Digitalmikroskopie und 3D-Profilometer im Reklamationsfall