Anwesenheitsprüfung in der Brennstoffzellen-, Wasserstoff- und Ladetechnikfertigung: Pins, Platten, Abdeckungen und Kabel
Zur Batteriefertigung gehören in einem weiteren Sinn auch Brennstoffzelle, Wasserstofftank und Ladetechnik, und dort stellt sich an manchen Stationen dieselbe Frage wie am Zellträger: Ist das Teil da? Dieser Beitrag richtet sich an Fertigungsingenieure bei Herstellern von Brennstoffzellenkomponenten, Wasserstofftanks, Ladesäulen und Ladesteckern und an ihre Maschinenbauer. Die Zahl der dokumentierten Vorgänge ist klein: In der Ladetechnik ist eine Prüfung mit KEYENCE-Geräten installiert, an einer Rohrabdeckung wurde die Prüfung getestet, die übrigen beschreiben Aufgaben an Pins, Platten, Faserbändern und Ladesteckern. Der Beitrag geht die Fälle der Reihe nach durch und ordnet am Ende die Geräteklassen den Merkmalen zu.
Wichtige Punkte im Überblick
- An Brennstoffzelle, Wasserstofftank und Ladesäule braucht die Station nur ein Ja oder Nein, manchmal eine Anzahl, aber kein Maß, keine Lage und kein Fehlerbild.
- Müssen feine Strukturen wie die Pins in einer Einpressstation für Brennstoffzellen getrennt werden, ist die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS mit AI-Segmentierung die Wahl.
- Ein Farbsensor genügt, wenn ein einziges Merkmal an einer festen Stelle klar vom Hintergrund absticht, etwa Stahl auf einem grünen Band, während mehrere Positionen in einem Bild für den Vision-Sensor sprechen.
- Ob jedes Faserband am Wasserstofftank da ist, soll über das Zählen der Kanten geprüft werden, denn fehlt ein Band, fehlen rechnerisch zwei Kanten, sofern die Bänder getrennt liegen.
- In der Fertigung von Ladesäulen prüfen installierte KEYENCE-Sensoren mit Bildauswertung, ob bestimmte Kabel vorhanden sind.
Nicht die Zelle, aber dieselbe Frage: was an Brennstoffzelle, Tank und Ladesäule fehlen kann
Die Objekte sind andere als in der Modul- und Packmontage. In einer Einpressstation sind es Pins in einem Feld weniger Zentimeter, auf einem Band eine dünne Metallplatte, an einem Bauteil eine Rohrabdeckung, am Tank die Faserbänder, die über eine Trommel gewickelt werden, und in der Ladesäule die Kabel. Gemeinsam ist ihnen, dass die Station nur ein Ja oder Nein braucht, manchmal eine Anzahl. Ein Maß, eine Lage oder ein Fehlerbild wird nicht gefragt.
Kennzeichnung und Codes an Tank, Anschlussstück, Membran und Stack behandelt der Beitrag zur Kennzeichnung von Wasserstoff- und Brennstoffzellenkomponenten. Fehler an Platte oder Membran, die Breite eines Faserbands als Wert mit Toleranz, das Ausrichten von Stack-Elementen und die Reihenfolge der Kabelfarben gehören zu Oberflächenprüfung, Maßprüfung, Lageprüfung und Typunterscheidung.
Pins in der Einpressstation für die Brennstoffzelle
An einer Mehrfach-Einpressstation für Brennstoffzellen soll ein Bildfeld von etwa 4 x 3 cm zeigen, ob alle Pins vorhanden sind und ob sie durchragen. Geplant ist die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS mit Segmentierung und 3,2 MP, eventuell mit Koaxialbeleuchtung. Ob diese Beleuchtung passt, ist im Labor am Originalteil noch einmal zu prüfen.
AI-Segmentierung ist ein Werkzeug der All-in-One Kamera und der High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G, nicht des Vision-Sensors. Welche Beleuchtung die Pinspitzen im Bild am deutlichsten zeigt, bleibt die offene Testfrage. Koaxiales Licht fällt aus der Blickrichtung der Kamera ein und ist deshalb eine der Varianten, die im Labor am Originalteil verglichen werden. Auch an Handarbeitsplätzen für ein Bordladegerät kommen mehrere All-in-One Kameras in Frage.
Dünne Platte und Abdeckung: vorhanden auf Band und Rohr
Für ein Panel einer Brennstoffzelle wird eine Edelstahlplatte von etwa 25 x 17 cm und 0,3 mm Dicke einzeln auf einem Gummiband abgelegt. Geprüft werden soll die Anwesenheit an der dritten von drei Positionen, auf einem grünen Band; die beiden anderen Positionen werden bereits auf Anwesenheit geprüft. Parallel wird eine Lösung mit einem Farbsensor ausgearbeitet. Als Alternative kommt der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 in Frage, der alle drei Positionen auf einmal abfragen würde.
Für eine Rohrabdeckung an einem Brennstoffzellenbauteil wurde die Anwesenheitsprüfung am Bauteil getestet, mit gutem Ergebnis. Für die Station wären drei Vision-Sensoren nötig.
Beide Fälle zeigen den Unterschied zwischen einem Punkt und einem Bild. Ein Farbsensor bewertet eine Stelle und passt, wenn ein Merkmal an einer festen Stelle genügt, hier Stahl auf grünem Band. Ein Vision-Sensor bewertet ein Bild und kann mehrere Positionen in einem Programm prüfen, wenn sie in sein Sichtfeld passen.
Faserbänder am Wasserstofftank zählen
In der Fertigung von Wasserstofftanks werden Faserbänder durch ein Harzbad geführt. Gefordert ist, an der Trommel und vor dem Kamm zu prüfen, ob jedes Faserband da ist, und zwar über das Zählen seiner Kanten. Stimmt die Zahl der Kanten, ist die Zahl der Bänder vollständig; fehlt ein Band, fehlen rechnerisch zwei Kanten, sofern die Bänder getrennt liegen. Außerdem ist gefragt, ob sich das Bild live verfolgen lässt. Als Gerät ist die All-in-One Kamera vorgesehen.
Die Aufgabe ist eine Zählaufgabe ohne Stückgut. Die All-in-One Kamera bringt ein Blob-Werkzeug mit, das Objekte zählt und Fläche und Schwerpunkt misst. Ob das Zählen über Kanten oder über getrennte Flächen stabiler ist, hängt davon ab, wie deutlich die Bänder auf der Trommel voneinander getrennt liegen, und das zeigt erst der Test an der Anlage.
Kabel in der Ladesäule und Teile im Halter des Ladesteckers
Ein Hersteller von Ladesäulen für Elektrofahrzeuge hat zwei Dutzend KEYENCE-Sensoren mit Bildauswertung installiert. Sie prüfen, ob bestimmte Kabel in der Ladesäule vorhanden sind oder fehlen.
In der Montage eines Ladesteckers für Elektrofahrzeuge soll eine Anlage unter anderem prüfen, ob die Teile im Halter liegen und die Pins montiert sind.
Ladesäule und Ladestecker liegen damit an zwei Enden derselben Frage. In der Säule ist das Merkmal ein Kabel an einer bekannten Stelle, im Stecker sind es mehrere kleine Teile in einem Halter. Beides ist Anwesenheit, aber die zweite Aufgabe verlangt mehr Merkmale in einem Bild.
Vision-Sensor, All-in-One Kamera oder Farbsensor: die Geräteklasse je Merkmal
Ein Farbsensor genügt, wenn ein einziges Merkmal an einer festen Stelle zu bewerten ist und der Kontrast zum Hintergrund klar ist. So ist es an der dritten Position der Stahlplatte, solange Band und Platte sich deutlich unterscheiden.
Der Vision-Sensor passt, wenn mehrere Merkmale in einem Bild liegen oder das Teil nicht exakt an derselben Stelle ankommt. Sein Farbwerkzeug unterscheidet nach Farbe und Helligkeit, AI Identify arbeitet unabhängig von der Orientierung und braucht zum Einrichten ein einziges registriertes Bild. Mit AI Trigger nimmt er das Bild im passenden Moment auf, ohne Triggersensor und ohne dass das Teil auf dem Band anhalten muss. Der Arbeitsabstand reicht laut Spezifikation von 50 mm bis über 3 m, je Programm stehen bis zu 64 Prüfwerkzeuge bereit.
Die All-in-One Kamera ist die Wahl, wenn feine Strukturen getrennt werden müssen, wie die Pins in der Einpressstation, oder wenn wie bei den Faserbändern über Kanten oder Flächen gezählt wird. AI-Segmentierung und Blob-Werkzeug sind dort die Werkzeuge, und das Ergebnis geht über EtherNet/IP, PROFINET, EtherCAT oder PLC-Link an die Steuerung. Bildfeld und Beleuchtung bleiben in allen Fällen Anwendungswerte, die an Originalteil und Station zu prüfen sind.
Häufige Fragen
F Was prüft eine Anwesenheitsprüfung an einer Einpressstation für Brennstoffzellen?
A
In der dokumentierten Anwendung geht es darum, ob alle Pins in einem Feld von etwa 4 x 3 cm vorhanden sind und ob sie durchragen. Geplant ist die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS mit Segmentierung. Die Beleuchtung ist im Labor am Originalteil noch einmal zu prüfen.
F Kann ein Vision-Sensor eine Platte auf einem bewegten Band prüfen, ohne dass sie anhält?
A
Mit AI Trigger nimmt der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 das Bild im passenden Moment auf, ohne eigenen Triggersensor, und das Objekt muss dafür nicht angehalten werden. Ob Kontrast und Bildfeld für die Platte genügen, klärt ein Test am Band.
F Wann reicht ein Farbsensor statt eines Vision-Sensors?
A
Wenn ein einziges Merkmal an einer festen Stelle genügt und sich klar vom Hintergrund abhebt, etwa Stahl auf einem grünen Band. Sollen mehrere Positionen in einem Bild oder wechselnde Lagen abgedeckt werden, spricht das für den Vision-Sensor.
F Wie lässt sich prüfen, ob alle Faserbänder am Wasserstofftank vorhanden sind?
A
In einer dokumentierten Anwendung sollen die Kanten der Bänder an Trommel und Kamm gezählt werden; fehlt ein Band, fehlen rechnerisch zwei Kanten, solange die Bänder getrennt liegen. Vorgesehen ist dafür die All-in-One Kamera. Ob Kanten oder getrennte Flächen stabiler zu zählen sind, zeigt der Test an der Anlage.
F Gibt es in der Ladetechnik bereits installierte Anwesenheitsprüfungen?
A
Ja. Ein Hersteller von Ladesäulen hat zwei Dutzend KEYENCE-Sensoren mit Bildauswertung installiert, die prüfen, ob bestimmte Kabel vorhanden sind.
Weiterführende Artikel
Übergeordnete Themenseite: Messen, Kennzeichnen und Prüfen in der Batterie- und E-Mobility-Produktion: Der Überblick für Qualitäts- und Fertigungsverantwortliche
Hauptartikel zum Thema: Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung in der Batteriefertigung: von der Zelle bis zum fertigen Pack
Weiterer Artikel im Thema: Zellen vollständig und jeder Schritt getan: Zellträger, Blister und Nest prüfen, Schnitt und Fügestelle bestätigen
Weiterer Artikel im Thema: Batteriegehäuse vor dem Verschließen vollständig prüfen: Dichtung, Deckel, Schaumpad, Trenner und Kappe an Wanne, Rahmen und Abdeckung
Weiterer Artikel im Thema: Stecker, Busbar und Pins am Batteriemodul und an der HV-Box: Vollständigkeit am Q-Gate und das HV-Etikett auf dem Pack