Modul in den Rahmen, Deckel auf das Gehäuse: Mittenposition und Anschlag in der Packmontage prüfen und über Achse und Schlitten korrigieren

Module, Rahmen, Deckel und Träger eines Batteriepacks sind groß und schwer. In der Packmontage werden sie deshalb oft nicht frei vom Roboter durch den Raum geführt, sondern von Schlitten, Linearachsen und Transportsystemen an die Station gebracht und an Anschlägen ausgerichtet. Dieser Beitrag richtet sich an Automatisierungsingenieure an Packlinien und an die Bauer von Gestellen, Schlitten, Batteriewechslern und FTF-Stationen. Er folgt dokumentierten Anwendungen, in denen eine Station wissen muss, ob das Teil dort steht, wo sie es erwartet, und wie weit die Achse nachfahren muss.

Wichtige Punkte im Überblick

In der Packmontage werden große, schwere Teile oft nicht frei vom Roboter geführt, sondern von Schlitten, Linearachsen und Transportsystemen an die Station gebracht und an Anschlägen ausgerichtet.
Für die Mitte eines Aluminiumrahmens, in den ein Modul geschoben wird, kommt der 3D Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000 in Frage, weil die Rahmenkanten im Höhenbild als Stufen erscheinen und nicht als Grauwertübergänge.
Für die Anschläge eines Gestells mit mehreren Varianten passt der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4, weil jede Variante ein eigenes Programm erhält und sich bis zu 32 Programme über externe Eingänge umschalten lassen.
Für einen Batteriewechsler ist als Idee beschrieben, dass ein mitfahrender Vision-Sensor eine Positionsmarke erkennt und dem nur über einen Riemen angetriebenen Schlitten den Bezug für die Feinlage liefert.
Die Zahl der Richtungen, in denen das Teil falsch stehen kann, entscheidet über die Sensorklasse: Für eine Achse genügt ein Lasersensor, die Mitte zwischen zwei Kanten braucht ein Höhenbild, mehrere Anschläge und Varianten bündelt der Vision-Sensor.

Große Teile, kurze Wege: warum die Packmontage mit Schlitten und Anschlag ausrichtet

Ein Modul fährt auf einem Schlitten in seinen Rahmen, ein Deckel wird auf das Gehäuse gesetzt, ein Werkstückträger fährt gegen einen Stopper. Die Wege sind kurz, die Teile breit, und die geforderte Lage liegt in den dokumentierten Fällen bei einem bis wenigen Millimetern. In mehreren Anwendungen sitzt der Sensor dabei einen Meter oder weiter vom Teil entfernt.

Die Lagefrage stellt sich in zwei Formen. Entweder soll die Station entscheiden, ob das Teil richtig steht, als i.O. oder n.i.O. Oder sie soll ausrechnen, wie weit Schlitten oder Achse korrigieren müssen, und gibt diesen Versatz an die Steuerung der Achse. Setzt dagegen ein Roboter den Deckel mit Greifkorrektur, ist das Roboterführung und ein eigenes Thema. Wie eben ein Deckel ist und wo seine Bohrungen liegen, klärt die Maßprüfung an Wanne und Deckel.

Modul in den Rahmen: Mittenposition und aktive Korrektur über den Schlitten

Als Idee ist beschrieben, die Mittenposition eines Aluminiumrahmens zu erfassen, in den ein Batteriemodul geschoben wird. Der Schlitten soll einen Versatz von ±3 mm selbst ausgleichen, indem er sich vor dem Einschieben auf die erkannte Mitte stellt.

Für die Rahmenmitte kommt der 3D Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000 in Frage. Er erfasst ein Feld bis 640 x 640 mm als Höhenbild, ohne dass Messkopf oder Teil dafür bewegt werden. Ein Rahmen von unter 20 cm Breite liegt rechnerisch weit innerhalb dieses Feldes, beide Innenkanten sind also in derselben Aufnahme. Die Kante des Rahmens erscheint im Höhenbild als Stufe und nicht als Grauwertübergang. Aus der erkannten Mitte und der Sollmitte ergibt sich der Weg, den der Schlitten fahren muss.

Für die Taktplanung zählt die reale Einstellung: Die minimale Erfassungszeit von 0,2 s gilt nur bei minimalem YZ-Bereich und maximaler Ausdünnung in Y, für die Erfassung allein. Ob das Aluminium des Rahmens genug Signal liefert, zeigt ein Test am Originalteil.

Deckelmontage und Gestell: Lage an mehreren Anschlägen prüfen

An einer Deckelmontage für 48-V-Batterien soll die Position des Deckels geprüft werden. Vorgesehen ist eine Konfiguration mit dem Multi-Funktions-CMOS-Analoglasersensor der Modellreihe IL. Ein Lasersensor erfasst den Abstand zum Deckel an einem Punkt. Mehrere solcher Punkte beantworten, ob der Deckel an jeder Stelle dort sitzt, wo er sitzen soll.

Größer ist ein Gestell von etwa 2 x 1,6 m, das Batteriepacks positioniert. Rund sieben Anschläge sollen dort auf Position geprüft werden, aus etwa 1 m Abstand und auf 1 bis 2 mm. Auf demselben Gestell kommen mehrere Varianten vor, und der Anwender will die Prüfung einfach teachen, ohne sich in eine Programmierung einzuarbeiten. Er denkt dabei an mehrere Sensoren, nicht an ein zentrales System.

Zu dieser Vorstellung passt der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4. Sein Arbeitsabstand reicht von 50 mm bis über 3 m, ein Meter liegt also mitten im Bereich. Jede Variante bekommt ein eigenes Programm; über externe Eingänge lassen sich bis zu 32 Programme umschalten. Ob ein Sensor zwei benachbarte Anschläge in einem Bild sieht oder jeder Anschlag einen eigenen braucht, hängt vom Sichtfeld bei diesem Abstand und von der geforderten Genauigkeit ab.

Werkstückträger und FTF an der Station

Die Lage eines FTF an einer Be- und Entladestation soll geprüft werden; auf dem Fahrzeug steht ein Pack auf einem Werkstückträger. Gefordert sind ±1 mm aus mindestens 1 m Abstand, an schwarzen und grauen Flächen. Naheliegend ist ein Lasersensor, der das Fahrzeug oder den Träger entlang einer Achse erfasst. Ob Messbereich und Signal an dunklen Flächen aus dieser Entfernung reichen, gehört vor der Auswahl in die Spezifikation und in den Test, nicht in eine Annahme.

An einem Werkstückträger mit Batteriedeckel kommen Verguss und Positionierung zusammen. Für ein Bild des ganzen Trägers wäre die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS die passende Klasse, weil sie Lage und Winkel aus einem Bild an die Steuerung gibt.

Linearachse und Batteriewechsler: fein positionieren mit Marke oder Lasersensor

In einer Zelllinie soll die Position einer bewegten Einheit am Ende einer Linearachse genau bestimmt werden. Die Endlage ist hier eine Abstandsfrage entlang einer Achse, und dafür genügt ein Lasersensor.

Anders beim Batteriewechsler, der als Idee beschrieben ist. Sein Schlitten fährt vor Fächer, in denen Batteriemodule geladen werden. Für die Grobposition genügen ±5 mm, vor dem Fach soll der Schlitten besser als ±2 mm stehen. Die neue Idee ist ein Vision-Sensor, der auf dem Schlitten mitfährt und eine Positionsmarke erkennt. Die Grenze liegt beim Antrieb: Wird der Schlitten nur über einen Riemen bewegt, erreicht er die Feinlage nicht aus eigener Kraft. Die Marke liefert ihm den Bezug, auf den er zuletzt nachfährt, und weil der Arbeitsabstand des Vision-Sensors bei 50 mm beginnt, kann er dicht vor der Marke sitzen.

Wo zur erfassten XY-Lage, vermutlich eines Modulgehäuses, ein Z-Wert zusätzlich helfen könnte, ergänzt ein Punktsensor die Kamera um die dritte Achse.

Ein Lasersensor oder ein Bild: was die Lagefrage an der Packstation braucht

Die Zahl der Richtungen, in denen das Teil falsch stehen kann, entscheidet über die Sensorklasse. Fährt eine Achse nur in einer Richtung, wie die Linearachse oder der Deckel an einem Punkt, beantwortet ein Lasersensor die Frage. Kommt es auf die Mitte zwischen zwei Kanten an, wie am Rahmen, braucht die Station ein Höhenbild. Mehrere Anschläge, Varianten und Marken sind eine Aufgabe für den Vision-Sensor, weil er mehrere Merkmale und mehrere Programme bündelt.

Sieben Anschläge mit sieben einzelnen Lasersensoren abzufragen heißt sieben Montageorte und sieben Justagen. Ein Vision-Sensor, der zwei oder drei Anschläge gemeinsam sieht, braucht weniger davon, dafür eine freie Sichtlinie. Welche Lösung trägt, zeigt vor jeder Auswahl der Test am Originalteil.

Häufige Fragen

F Warum eignet sich ein 3D-Sensor für die Mittenposition eines Rahmens?

Die Mitte ergibt sich aus zwei Kanten, und im Höhenbild sind diese Kanten Stufen statt Grauwertübergänge. Der 3D Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000 erfasst ein Feld bis 640 x 640 mm, ohne Messkopf oder Teil zu bewegen. In einer dokumentierten Idee soll der Schlitten daraus einen Versatz von ±3 mm ausgleichen.

F Kann ein Vision-Sensor mehrere Varianten an einem Gestell prüfen?

Ja, jede Variante erhält ein eigenes Programm. Beim AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 lassen sich bis zu 32 Programme über externe Eingänge umschalten, der Arbeitsabstand reicht von 50 mm bis über 3 m. In einer dokumentierten Anwendung sollen rund sieben Anschläge aus etwa 1 m Abstand geprüft werden.

F Wie genau muss ein Batteriewechsler vor dem Fach stehen?

In einer dokumentierten Idee genügen für die Grobposition ±5 mm, vor dem Fach soll der Schlitten besser als ±2 mm stehen. Ein reiner Riemenantrieb schafft die Feinlage nicht allein. Ein Vision-Sensor auf dem Schlitten, der eine Positionsmarke erkennt, gibt ihm den Bezug für die letzte Korrektur.

F Was ist bei der Lageprüfung eines FTF an der Station zu klären?

Zuerst Abstand, Genauigkeit und Oberfläche: In einer dokumentierten Anwendung sind es ±1 mm aus mindestens 1 m an schwarzen und grauen Flächen. Ob ein Lasersensor aus dieser Entfernung an dunklen Flächen genug Signal erhält, gehört in den Test. Ist nur die Lage entlang einer Achse gefragt, genügt ein Punktsensor, sonst braucht die Station ein Bild.

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