Kurbelgehäuse, Zylinderkopf, Welle und Zahnrad: fast gleiche Powertrain-Teile sicher nach Typ unterscheiden

In der Bearbeitung und Montage von Motor und Getriebe laufen oft mehrere Varianten desselben Bauteils über eine Linie. Ein Zylinderkopf für die eine Motorvariante gleicht dem für die andere bis auf wenige Markierungen, zwei Anker für Getriebemagnete trennt ein halber Millimeter. Dieser Beitrag richtet sich an Prozess- und Qualitätsingenieure in Powertrain-Werken sowie bei Guss-, Schmiede- und Getriebezulieferern. Er folgt dokumentierten Anwendungen an Kurbelgehäuse, Zylinderkopf, Welle, Zahnrad und Anker. Sie beschreiben Aufgaben und Anforderungen, keine abgenommenen Prüfstationen.

Wichtige Punkte im Überblick

Powertrain-Varianten entstehen häufig aus einem gemeinsamen Guss- oder Schmiederohteil, sodass die Station nicht nach einem großen Unterschied im Gesamtbild sucht, sondern nach einem einzelnen Detail an bekannter Stelle, etwa einem Strich auf einem Sitzring, einem Radius, einer Nocke oder einer Höhenstufe.
An geschliffenen Teilen wie Kurbelwellenteilen reagiert ein Vergleich gegen ein einzelnes Masterbild auf wechselnde Schleifbilder, stabiler ist es, die Typen gegeneinander zu unterscheiden, etwa im Sortiermodus des Vision-Sensors mit bis zu acht registrierten Bauteilvarianten.
Zwei Anker für Getriebemagnete mit etwa 0,5 mm Höhenunterschied zeigen die Grenze zwischen Typ und Maß: Gefragt ist die Zuordnung zu einem der beiden Typen, und weil diese Stufe von oben kaum Helligkeitsunterschiede liefert, ist dort ein Bildbasierter Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX vorgesehen.
Für Gussteile mit eingelegten Ringen in mehr als einem Dutzend Varianten ist die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS die passendere Klasse, weil sie bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug unterscheidet, während die deutlich höhere Variantenzahl der Spezifikation diese Grenze eines Werkzeugs rechnerisch überschreiten würde.
Wo Sprühnebel und feiner Staub aus dem Gusssand auftreten, gehört der Schutz der Optik von Anfang an in die Planung: An Kurbelgehäusen soll Sperrluft wegen des Druckluftverbrauchs und aufgewirbelter, abrasiver Sandpartikel vermieden werden, und eine Einhausung steht auf der Agenda.

Gleicher Guss, anderer Typ: warum Powertrain-Varianten so schwer zu trennen sind

Powertrain-Varianten entstehen häufig aus einem gemeinsamen Rohteil. Der Guss oder das Schmiedeteil ist für mehrere Typen gleich, und erst eine Bearbeitung, ein eingelegtes Teil oder eine kleine Markierung macht daraus die eine oder die andere Variante. Für die Station heißt das: Sie sucht nicht nach einem großen Unterschied im Gesamtbild, sondern nach einem einzelnen Detail an einer bekannten Stelle, etwa einem Strich auf einem Sitzring, einem Radius, einer Nocke oder einer Höhenstufe.

Hinzu kommt die Reihenfolge. Bei einer geschmiedeten Ausgleichswelle heißt es sinngemäß, die Teile könnten chaotisch kommen. Die Station weiß also nicht im Voraus, welche Variante als nächste ankommt, und muss sie aus dem Bild bestimmen. Genau darin liegt der Unterschied zu einer Anwesenheitsprüfung: Dort ist die Variante aus dem Auftrag bekannt, und geprüft wird nur, ob die zugehörigen Teile da sind.

Welches Gerät passt, hängt daher zuerst am Merkmal. Trägt eine Höhenstufe den Typ, liegt ein Bildbasierter Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX nahe. Unterscheiden sich wenige Varianten im Erscheinungsbild, reicht oft ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4. Wächst die Zahl der Typen oder tragen mehrere Merkmale zugleich die Variante, ist die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS die passendere Klasse.

Kurbelgehäuse und Zylinderkopf: Typerkennung an großen Gussteilen

An Kurbelgehäusen sollen die Typen in einem Umfeld mit Gusssand und Sprühnebel mit mehreren Vision-Sensoren unterschieden werden. Offen ist vor allem der Schutz der Optik, dazu mehr im letzten Abschnitt.

Bei Zylinderköpfen gehört die Typerkennung zu einer größeren Umrüstung eines Werks, die mehrere Linien betrifft. Vorgesehen sind mehrere Vision-Sensoren mit Halterungen und Schutzabdeckungen. Weil der Arbeitsabstand des Vision-Sensors von 50 mm bis über 3 m reicht, lässt er sich auch an großen Gussteilen so anordnen, dass er das tragende Merkmal sieht, ohne im Weg der Handhabung zu stehen.

Eine andere Anwendung an Zylinderköpfen zeigt, wie klein das Merkmal sein kann. Die Varianten unterscheiden sich dadurch, ob auf den Ventilsitzringen Striche sind oder nicht. Ein Roboter hält das Teil vor eine einzige Kamera, das Sichtfeld ist mehrere hundert Millimeter groß, und die Taktzeit ist ohne feste Vorgabe. Gefordert ist, jede Variante ohne Ausnahme zu erkennen, selbst ein kleiner Schatten im Ergebnis ist zu viel. In Frage kommt dafür die All-in-One Kamera. Für die Planung ist die Anforderung lehrreich: Ein kleines Merkmal in einem großen Bildfeld braucht genug Auflösung an genau dieser Stelle, und das zeigt sich erst mit Originalteilen.

Welle, Kurbelwellenteil und Nocken: wenn Schleifbilder das Bild verändern

Geschliffene Oberflächen sehen von Teil zu Teil unterschiedlich aus, obwohl der Typ derselbe ist. Das betrifft auch Kurbelwellenteile, deren Typ an den Nocken erkannt werden soll. Als Grenze dieser Technikklasse gilt: Ein Vergleich gegen ein einzelnes Masterbild reagiert auf wechselnde Schleifbilder. In der dokumentierten Anwendung gilt der Sortiermodus des Vision-Sensors für diese Aufgabe als deutlich besser geeignet. In diesem Modus werden bis zu acht Bauteilvarianten registriert, und jedes aufgenommene Teil wird einem der registrierten Typen zugeordnet.

Ein Werkzeug für solche Fälle ist AI Identify. Es beginnt mit einem einzigen registrierten Bild, und durch zusätzliches Anlernen unterscheidet es Typen. Dafür nutzt es Form, Farbe, Helligkeit und Kanten, und es erkennt unabhängig davon, wie das Teil gedreht liegt. Für die geschmiedete Ausgleichswelle aus dem ersten Abschnitt, die in vier Varianten kommen kann, kommt der Vision-Sensor im Sortiermodus in Frage.

Bei Gussteilen mit eingelegten Ringen ist die Variantenzahl eine andere Größe. Heute sind es mehr als ein Dutzend Varianten, die Spezifikation sieht deutlich mehr vor, und die Station weiß nicht, welches Teil kommt. Im Konzept standen zwei Wege nebeneinander: die Variante über einen Code zu führen oder mehrere Vision-Sensoren im Sortiermodus einzusetzen; ein QR-Code wurde später eher verworfen. Für die heutige Variantenzahl ist die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera die passendere Klasse: Sie unterscheidet bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug, und neue Typen kommen durch Nachtrainieren hinzu. Mit den Varianten aus der Spezifikation wäre diese Grenze eines einzelnen Werkzeugs rechnerisch überschritten.

Zahnrad, Kegelrad und Getriebekontur: rechts, links und der Radius dazwischen

In der Getriebe- und Motorenmontage einer neuen Fahrzeugplattform geht es um Rechts- und Linksteile: Zahnräder, die rechts oder links laufen. Für diese Aufgabe kommt der Höhenvergleichssensor in Frage. Welches Merkmal die Laufrichtung sicher trägt, klärt erst ein Versuch am Originalteil.

An einer Station zur Zuordnung von Kleinteilen in einer Getriebemontage unterscheiden sich Kegelräder um einige Millimeter in der Höhe. In Frage kommt dort der Vision-Sensor, bei einer Höhenstufe dieser Größe ebenso der Höhenvergleichssensor. Dieselbe Station soll außerdem prüfen, ob die Kegelräder und ein Gleitlager vorhanden sind; diese Anwesenheitsprüfung ist ein eigener Schritt nach der Typfrage.

Bei einem Getriebe soll der Typ an der Kontur des Werkstücks erkannt werden, an zwei Radien der Kugelbahn, die sich rechnerisch um gut vier Millimeter unterscheiden. Das Konzept sieht einen Höhenvergleich vor. Der Radienunterschied ist hier das Typmerkmal und keine Maßtoleranz. Ob er an der Station sicher getrennt wird, entscheidet der Versuch.

Eine weitere Aufgabe betrifft den Stecker eines Zentralausrückers im Getriebegehäuse, der auf die richtige Variante geprüft werden soll. Für eine 2D-Bildaufgabe dieser Art kommt die All-in-One Kamera in Frage.

Ein halber Millimeter am Anker: Höhenstufe als Typmerkmal

Zwei Varianten von Ankern für Getriebemagnete unterscheiden sich um etwa 0,5 mm. Die Prüfung soll die Variante erkennen und zusätzlich die Verrastung des Ankers kontrollieren. Vorgesehen ist der Höhenvergleichssensor.

An diesem Fall lässt sich zeigen, wo die Grenze zwischen Typ und Maß liegt. Ein halber Millimeter klingt nach Messtechnik. Gefragt ist aber nicht, wie hoch der Anker ist, sondern welcher der beiden Typen vorliegt. Das Ergebnis ist eine Zuordnung, keine Toleranzklasse. Von oben betrachtet liefert ein so kleiner Höhenunterschied kaum Helligkeitsunterschiede im Bild, weshalb ein Sensor, der Höhen vergleicht, hier näher liegt als ein Vergleich von Grauwerten.

Sand, Sprühnebel und Fremdlicht: was die Typentscheidung in der Halle stört

Die Kurbelgehäuse zeigen, wie stark die Umgebung die Auslegung bestimmt. Kritisch sind dort Sprühnebel und feiner Staub aus dem Gusssand. Sperrluft vor der Optik soll vermieden werden, wegen des Druckluftverbrauchs und weil sie Sandpartikel aufwirbelt, die auf Dauer stark abrasiv wirken. Deshalb steht eine Einhausung auf der Agenda, erwogen wird eine rotierende Schutzscheibe vor der Optik. Eine Schutzart für die Station ist damit nicht festgelegt, sie ergibt sich erst aus der gewählten Einhausung.

Der Zylinderkopf mit den markierten Sitzringen stand dagegen in einer Halle ohne Einhausung, ohne weitere Angaben zum Fremdlicht. Für die Planung heißt das: Beleuchtung und Abschirmung gehören in den Test, nicht erst in die Inbetriebnahme. Bei der Umrüstung der Zylinderkopflinie gehören Schutzabdeckungen deshalb von vornherein zur Ausrüstung. Wie die Variante an Karosserie, Interieur oder an der Fügestation erkannt wird, behandeln eigene Artikel dieser Reihe.

Häufige Fragen

F Warum reicht ein Vergleich gegen ein Masterbild an geschliffenen Teilen oft nicht?

Schleifbilder ändern sich von Teil zu Teil, auch wenn der Typ gleich bleibt. Ein einzelnes Referenzbild bewertet diese Unterschiede mit und wird dadurch unruhig. Stabiler ist es, die Typen gegeneinander zu unterscheiden, etwa im Sortiermodus oder mit AI Identify am Vision-Sensor.

F Wann ist eine Höhenstufe am Powertrain-Teil ein Typmerkmal und kein Maß?

Wenn die Frage lautet, welcher Typ vorliegt, und nicht, ob ein Maß in der Toleranz liegt. Bei Ankern mit etwa 0,5 mm Unterschied oder Kegelrädern mit einigen Millimetern Höhenunterschied steht am Ende eine Zuordnung zu einer Variante. Soll dagegen nach Toleranzklassen sortiert werden, ist das eine Messaufgabe.

F Was tun, wenn die Varianten in beliebiger Reihenfolge ankommen?

Dann muss die Station den Typ selbst aus dem Bild bestimmen, statt ihn aus dem Auftrag zu übernehmen. Für wenige Varianten eignet sich der Vision-Sensor im Sortiermodus oder mit AI Identify. Bei vielen Varianten unterscheidet die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug.

F Braucht eine Typprüfung bei Gusssand und Sprühnebel eine Einhausung?

Wo Sprühnebel und Gusssand auftreten, gehört der Schutz der Optik von Anfang an in die Planung. In einem dokumentierten Fall steht eine Einhausung auf der Agenda, und Sperrluft soll wegen des Druckluftverbrauchs und aufgewirbelter Sandpartikel vermieden werden. Welche Lösung trägt, zeigt der Test unter realen Bedingungen.

F Genügt eine Kamera für ein kleines Merkmal an einem großen Zylinderkopf?

Das hängt davon ab, wie groß das Merkmal im Verhältnis zum Sichtfeld ist. In einer dokumentierten Anwendung hält ein Roboter den Zylinderkopf vor eine einzige Kamera, und das Merkmal sind Striche auf den Ventilsitzringen. Ob die Auflösung an dieser Stelle reicht, lässt sich nur mit Originalteilen klären.

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