Doppelblech und Blechpaket erkennen: Lagenzahl in Umform- und Fügeprozessen absichern

Eine Lage oder zwei: In der Blechverarbeitung ist das die unauffälligste und gleichzeitig folgenreichste Ja/Nein-Frage. Bei einem Dichtungsblech von wenigen Zehntelmillimetern beträgt der Unterschied zwischen einem korrekt zugeführten Zuschnitt und einem Doppelblech gerade die Dicke des Materials selbst, und diese Größenordnung liegt bei vielen Messverfahren innerhalb der normalen Streuung. Beim Blechpaket stellt sich dasselbe Problem in anderer Form: Fehlt eine dünne Lamelle in einem Paket mit dickeren Zwischenblechen, verändert sich die Gesamthöhe kaum. Dieser Beitrag zeigt, welche Auflösungsreserve die Aufgabe braucht, wann eine Punktmessung genügt und wann ein Profil über die Blechkante nötig ist, und wie aus Hunderten Blechvarianten wenige pflegbare Prüfprogramme werden.

Wichtige Punkte im Überblick

Eine Lage oder zwei ist die folgenreichste Ja/Nein-Frage der Blechverarbeitung: Das Doppelblech überlastet das Umformwerkzeug, lässt in der Beschichtung eine Seite unbeschichtet und fällt oft erst beim Kunden auf.
Die Aufgabe ist eine Frage der Auflösungsreserve: Das Messverfahren muss ein Mehrfaches feiner auflösen als die dünnste zu unterscheidende Einzelblechdicke, und die Schwelle wird aus der real gemessenen Streuung guter Teile über mehrere Chargen abgeleitet.
Wo eine Punktmessung mit Triangulations- oder Höhenvergleichssensor zu wenig Reserve hat, bewertet ein Laser-Profilsensor ein Profil über die Blechkante und erkennt die Kantengeometrie unabhängig von der genauen Blechposition.
Beim Blechpaket verrät die Gesamthöhe eine fehlende dünne Lamelle nicht immer: Bewährt haben sich die Prüfung nach jedem Auflegevorgang und die Bewertung der Stapelflanke, bei der ein AI-Vision-Sensor die sichtbaren Kanten zählt.
Hunderte Blechvarianten werden über Toleranzcluster beherrschbar: Gruppen, deren dickstes Einzelblech deutlich unter dem dünnsten Doppelblech liegt, teilen sich ein Programm, das die Steuerung anhand der Artikelnummer vorwählt.

Eine Lage oder zwei: warum der Fehler erst beim Kunden auffällt

Ein Doppelblech verursacht je nach Prozess unterschiedliche Schäden, und keiner davon ist im Moment des Fehlers sichtbar.

In der Umformung überlastet der doppelte Zuschnitt das Werkzeug. Der Schaden entsteht sofort und im eigenen Haus, was diesen Fall mit dem Werkzeugschutz verbindet; die drei Prüfpunkte am Werkzeug behandelt der Beitrag "Stanz- und Pressenprozesse absichern: Einlegekontrolle, Teileauswurf und Stanzbildprüfung".

In der Beschichtung ist die Wirkung tückischer. Werden zwei Bleche aneinander haftend durch die Anlage gefahren, bleibt jeweils eine Seite unbeschichtet, während das Ergebnis äußerlich unauffällig bleibt. Der Fehler taucht später auf, als Korrosion beim Kunden oder als Haftungsproblem im nächsten Fügeschritt.

Im Paketieren fehlt eine Lage, und das Bauteil erreicht seine Funktion nicht: Ein Kupplungspaket mit fehlender Reiblamelle überträgt weniger Moment, ein Blechpaket mit falscher Lagenzahl hat andere magnetische Eigenschaften.

Der Status quo ist in vielen dokumentierten Anwendungen eine 100-Prozent-Sichtkontrolle, in einzelnen Fällen als extern eingekaufte Sortierleistung. Das ist teuer, nicht dokumentierbar und scheitert an der Physik: Zwei aneinander haftende Stahlscheiben sind von einer einzelnen kaum zu unterscheiden.

Zehntelmillimeter unterscheiden: welche Auflösungsreserve die Aufgabe braucht

Die Aufgabe ist eine Frage des Messbudgets. Beträgt die Einzelblechdicke ein Zehntel Millimeter, liegt der Unterschied zwischen einer und zwei Lagen ebenfalls bei einem Zehntel, und ein Verfahren mit Streuung in derselben Größenordnung kann die Frage nicht beantworten. Als Faustregel aus der Anwendungspraxis sollte die Auflösung ein Mehrfaches besser sein als die dünnste zu unterscheidende Einzelstärke.

Zur Streuung des Sensors kommen drei Beiträge, die in der Auslegung häufig unterschätzt werden. Die Materialtoleranz: Ein Blech mit einigen Prozent Dickentoleranz schwankt messbar, und bei zwei Lagen addieren sich diese Toleranzen. Die Auflage: Liegt das Blech gewölbt oder mit einem Ölfilm darunter, misst der Sensor die Wölbung mit. Die Position: Wandert die Messstelle über die Blechfläche, verändert sich der Messwert mit der Blechform.

Daraus folgt eine praktische Regel. Der Entscheidungsbereich wird nicht aus dem Nennmaß gebildet, sondern aus der real gemessenen Streuung guter Teile über mehrere Chargen. Wer die Schwelle in der Fertigung an einem Satz aus Einzelblechen und Doppelblechen ermittelt, bekommt eine Schwelle, die hält. Wer sie aus Materialdaten rechnet, bekommt eine, die im nächsten Monat driftet. Zu welcher Seite man den Fehler kippt, ist ebenfalls eine bewusste Entscheidung: Ein Pseudofehler ist harmlos, das Blech wird erneut zugeführt, ein durchgelassenes Doppelblech nicht.

Punktmessung, Höhenvergleich oder Profil über die Kante

Für die Messung stehen drei Prinzipien zur Verfügung, und sie unterscheiden sich weniger in der Genauigkeit als in der Robustheit gegen die Störgrößen oben.

Die Punktmessung an definierter Stelle ist der einfachste Weg. Ein Multi-Funktions-CMOS-Analoglasersensor der Modellreihe IL misst die Höhe der Blechoberfläche gegen eine feste Auflage, ein bildbasierter Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX vergleicht zwei Messstellen und liefert direkt eine Differenz. Beide geben Messwert oder Schaltsignal an die Steuerung und eignen sich für die Doppelblechabfrage an einer Zuführung. Ist das Blech schwarz beschichtet oder stark gewölbt und ein taktiler Kontakt zulässig, übernimmt ein hochpräziser digitaler Messtaster der Modellreihe GT2.

Die Anordnung mit zwei Sensoren misst die Dicke von oben und unten gegen dasselbe Blech. Sie löst das Problem der Auflage, weil eine Wölbung beide Messwerte gleichsinnig verschiebt und sich herausrechnet. Der Preis ist der Bauraum, denn beide Seiten müssen zugänglich sein.

Das Profil über die Blechkante ist der Weg, wenn eine einzelne Punktmessung zu wenig Reserve hat. Ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 nimmt eine Schnittlinie quer über die Kante auf und sieht damit nicht einen Wert, sondern die Geometrie: eine Kante mit einer Stufe oder mit zwei, den Spalt zwischen zwei nicht ganz plan aneinander liegenden Blechen und die Blechlage selbst. In dokumentierten Anwendungen ist das der Ausweg, wenn zwei schräg angesetzte Einzelpunkt-Messungen die Aufgabe nicht sicher trennen. Der Profilblick ist außerdem unempfindlich gegen die genaue Position des Blechs, weil die Kante im Profil gesucht wird.

Nicht in diese Reihe gehört die kapazitive Abfrage. In dokumentierten Anwendungen schaltet sie bei Kühlmittel, Wassertropfen und Dampf falsch, weil sie den Film auf dem Blech wie Material sieht. Wo Optik grundsätzlich nicht trägt, sind induktive Sensorik und eine magnetfeldbasierte Abfrage die stabileren Alternativen, etwa bei einem Aluminiumblech in der Biegemaschine.

Blechpaket und Lamellenstapel: fehlende Lage trotz vorhandener Zwischenlage finden

Beim Paket dreht sich die Frage: Nicht eine Lage zu viel ist das Problem, sondern eine zu wenig. Sie ist schwieriger, weil die Gesamthöhe die Antwort nicht immer verrät.

Der typische Fall aus den Anwendungsdaten ist ein Paket aus abwechselnd dünnen und dickeren Lagen, etwa Stahl- und Reiblamellen in einem Kupplungspaket oder Bleche mit Zwischenscheiben und Wellfedern. Fehlt eine dünne Lamelle, während eine dickere Zwischenlage vorhanden ist, liegt die Gesamthöhe innerhalb der zulässigen Streuung, und eine mechanische Höhenüberwachung meldet ein gutes Paket.

Zwei Ansätze führen weiter. Der erste prüft nach jedem Auflegevorgang statt am Paketende. Statt einer Gesamthöhe entstehen einzelne Differenzen, und jede fehlende Lage fällt unmittelbar auf. Der Aufwand liegt in der Integration, der Gewinn in einer eindeutigen Aussage je Auflegeschritt.

Der zweite Ansatz betrachtet die Stapelflanke statt der Höhe. Ein AI-Vision-Sensor der Modellreihe IV4 bewertet die Abspreizung der Lagen und die Anzahl der sichtbaren Kanten, und das Werkzeug AI Count liefert dafür eine Stückzahl statt einer reinen Gut/Schlecht-Aussage. Auf blanken Lamellen sind Polarisationsfilter Standard, weil die Kanten sonst als Reflexlinien untergehen. Soll nach jedem Auflegen ein Bild dokumentiert werden, übernimmt eine All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS Prüfung und Archivierung in einem Schritt.

Viele Blechvarianten, wenige Programme: Toleranzcluster bilden

Der Grund, warum funktionierende Doppelblechprüfungen im Alltag scheitern, ist selten die Physik. Es ist die Variantenzahl. Ein Betrieb mit dreistelliger Zahl an Zuschnittvarianten kann keine dreistellige Zahl an Prüfprogrammen pflegen, und ein Programm, das nicht gepflegt wird, erzeugt Pseudofehler und wird abgeschaltet.

Der Ausweg ist das Toleranzcluster. Nicht jede Blechstärke braucht ein eigenes Programm, sondern jede Gruppe von Blechstärken, deren Entscheidungsschwellen sich nicht überschneiden. Alle Varianten werden nach Einzelblechdicke sortiert, dann werden Gruppen gebildet, deren dickstes Einzelblech noch deutlich unter dem dünnsten Doppelblech der Gruppe liegt. Jede Gruppe bekommt ein Programm mit einer Schwelle, die für alle Mitglieder trägt.

Zwei Punkte gehören dazu. Die Gruppenzuordnung muss aus dem Auftrag kommen und nicht aus der Erfahrung des Bedieners, die Steuerung wählt also anhand der Artikelnummer vor. Und das Verfahren braucht eine Regel für neue Artikel, sonst zerfällt die Prüfung mit der Zeit wieder in Einzelprogramme.

Werden die Gruppen zu grob, weil das Spektrum von wenigen Zehnteln bis zu mehreren Millimetern reicht, hilft ein Verfahren mit mehr Reserve. Ein Profilsensor über der Blechkante deckt mit einem Programm einen breiteren Dickenbereich ab als eine Punktmessung mit fester Schwelle, weil er die Kantengeometrie auswertet und keinen Absolutwert vergleicht.

Prüfen nach jedem Auflegen statt nur am Paketende

Der Zeitpunkt der Prüfung hat den größten Effekt auf ihren Nutzen, und er wird oft zuletzt festgelegt.

Eine Prüfung am Prozessende ist billig zu integrieren, weil sie eine Station braucht und nicht mehrere. Sie liefert aber nur eine Gesamtaussage, kann den Fehler keinem Schritt zuordnen und erlaubt keine Korrektur, denn ein Paket mit fehlender Lage muss zerlegt werden. Eine Prüfung im Prozess kostet mehr Integration und liefert dafür einen eindeutigen Befund je Schritt, eine sofortige Korrekturmöglichkeit und eine Statistik, aus der sich ablesen lässt, welcher Zuführer driftet.

Für die Doppelblechabfrage gilt dasselbe an anderer Stelle: Geprüft wird, bevor das Blech ins Werkzeug oder in die Beschichtungsanlage läuft. Nur dann kann das Ergebnis den Prozess sperren, statt ein bereits verlorenes Teil zu dokumentieren. Die Ergebnisübergabe läuft in den dokumentierten Fällen als i.O./n.i.O. an die Steuerung, häufig über PROFINET, bei einfachen Höhenabfragen über einen Schalt- oder Analogausgang. Festzulegen ist, was bei n.i.O. passiert: Stopp, Ausschleusen, erneutes Zuführen oder Werkerruf.

Den Rahmen dazu liefert der Überblicksbeitrag "Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung in der Metallverarbeitung: von der Presse bis zur Endkontrolle" im Metallverarbeitung Hub. Die weiteren Stationen behandeln "Wurde wirklich bearbeitet? Schweißnaht, Gewinde und Bearbeitungsmerkmale nachweisen" und "Beschichtung, Stopfen und Abdeckungen: Vollständigkeit im Oberflächen- und Wärmeprozess prüfen".

Häufige Fragen

F Wie erkennt man ein Doppelblech bei sehr dünnen Zuschnitten?

Über eine Höhen- oder Dickenmessung mit ausreichender Auflösungsreserve. Beträgt die Einzelblechdicke ein Zehntel Millimeter, muss das Verfahren deutlich feiner auflösen, sonst liegen eine und zwei Lagen innerhalb der Streuung. In der Anwendungspraxis arbeiten Triangulations- und Höhenvergleichssensoren an definierter Stelle; hat eine Punktmessung zu wenig Reserve, bewertet ein Laser-Profilsensor ein Profil über die Blechkante.

F Warum reicht eine einzelne Punktmessung oft nicht aus?

Weil zur Sensorstreuung drei Beiträge kommen: die Dickentoleranz des Materials, eine nicht plane Auflage samt Ölfilm und die wandernde Messposition. Zusammen können sie den Unterschied zwischen einer und zwei Lagen aufbrauchen. Ein Profil über die Blechkante ist robuster, weil es die Kantengeometrie auswertet und die Kante im Profil sucht.

F Wie findet man eine fehlende Lage in einem Blechpaket?

Zwei Wege haben sich bewährt. Der eine prüft nach jedem Auflegevorgang statt nur am Paketende, sodass jede fehlende Lage als einzelne Differenz auffällt und dem Auflegeschritt zugeordnet werden kann. Der andere bewertet die Stapelflanke: Ein AI-Vision-Sensor zählt die sichtbaren Kanten und beurteilt die Abspreizung. Eine reine Gesamthöhenüberwachung genügt nicht, wenn im Paket auch dickere Zwischenlagen liegen.

F Warum schalten kapazitive Doppelblechabfragen so oft falsch?

Weil sie den Kühlmittel- oder Wasserfilm auf dem Blech wie Material bewerten. In dokumentierten Anwendungen führt das bei Dampf und Tropfen zu Fehlschaltungen in beide Richtungen. Optische Höhen- und Profilverfahren sind hier stabiler; wo Optik grundsätzlich nicht trägt, sind induktive Sensorik oder eine magnetfeldbasierte Abfrage die Alternative.

F Wie beherrscht man hunderte Blechvarianten mit wenigen Prüfprogrammen?

Über Toleranzcluster. Die Varianten werden nach Einzelblechdicke sortiert und zu Gruppen zusammengefasst, deren dickstes Einzelblech noch deutlich unter dem dünnsten Doppelblech der Gruppe liegt; jede Gruppe erhält ein Programm mit einer Schwelle, die für alle Mitglieder trägt. Die Steuerung wählt das Programm anhand der Artikelnummer vor, und eine feste Regel legt fest, wie neue Artikel einsortiert werden.

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