Anwesenheitsprüfung am Fahrzeug: Schrauben, Muttern und Anbauteile in Rohbau, Unterboden und Endmontage

Am Fahrzeug ist die Anwesenheitsprüfung eine andere Aufgabe als an der Montagestation eines Aggregats. Die Kamera hängt nicht wenige Zentimeter über einem Gehäuse, sondern ein bis zweieinhalb Meter vom Unterboden, vom Radlauf oder von der Karosserie entfernt, und das nächste Fahrzeug ist schon unterwegs. Dazu kommt ein Prüfplan, der je Modell andere Schrauben und Anbauteile vorsieht. Dieser Beitrag richtet sich an Montageplaner und Qualitätsingenieure in Rohbau und Endmontage sowie an Integratoren von Prüftischen am Bandende. Er folgt dokumentierten Anwendungen; eine abgenommene Prüfstation beschreibt keine davon. Gefragt ist überall nur, ob das Teil da ist; ob es richtig sitzt, behandelt die Lageprüfung in dieser Reihe.

Wichtige Punkte im Überblick

Am Fahrzeug bestimmen drei Randbedingungen die Station: ein Abstand von ein bis zweieinhalb Metern, ein Fahrzeug im Takt und ein Prüfplan, der je Modell andere Schrauben und Anbauteile vorsieht.
Bei der 5-Megapixel-Ausführung der All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS entfallen über zwei Meter Bildbreite rechnerisch rund 0,8 mm auf ein Pixel, was für eine Schraube oder Mutter als vorhanden oder nicht oft genügt.
Im Rohbau müssen kleine Abdeckaufkleber vor dem Schweißen an den Karosserie-Rohteilen sitzen, weil sonst beim Lackieren Lack in das Bauteil gelangt, und für die Abfrage je Fahrzeugseite ist der Vision-Sensor mit AI Identify vorgesehen.
Bei der Kederschnur an der Türdichtung ist das Fehlen das Gutbild, und der Vision-Sensor kann mit AI Identify den Zustand ohne Schnur als Gutbild registrieren.
Die Linie kennt Modell und Ausstattung aus dem Auftrag, sodass die Steuerung ein Programm je Modell oder Ausbaustufe wählt und die Station nur die Vollständigkeit gegen den Prüfplan prüft.

Ein bis zwei Meter Abstand, ein Fahrzeug im Takt: was die Station am Fahrzeug leisten muss

Drei Randbedingungen kehren in den Anwendungen wieder. Die erste ist der Abstand: In einem Montagewerk sollen zwei Kameras aus zwei bis zweieinhalb Metern auf Front und Heck sehen, an einem Prüftisch am Bandende umfasst das Bildfeld etwa zwei Meter. Die zweite ist die Zeit, an einer Türdichtung kommt etwa alle 50 Sekunden ein neues Fahrzeug. Die dritte ist die Vielfalt, denn ein Modell trägt je nach Ausstattung andere Schrauben an anderen Stellen.

Aus dem Abstand folgt die Auflösungsfrage. Die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS gibt es unter anderem mit 5 Megapixeln, das sind 2.432 x 2.050 Pixel. Über zwei Meter Bildbreite entfallen damit rechnerisch rund 0,8 mm auf ein Pixel, ein Merkmal von einem Zentimeter bedeckt also gut ein Dutzend Pixel. Für eine Schraube oder Mutter als vorhanden oder nicht genügt das oft. Für kleinere Merkmale wird das Bildfeld geteilt oder eine zweite Kamera ergänzt. Das ist Anwendungsrechnung; Objektiv und Beleuchtung entscheiden im Test.

Hilfreich ist, was die Linie ohnehin weiß. In der Anwendung am Unterboden ist die Position des Fahrzeugs an der Station immer bekannt, die Kamera muss es also nicht erst suchen. Silber auf Schwarz lässt sich meist gut trennen, Schwarz auf Schwarz macht die Beleuchtung zur ersten Testfrage.

Unterboden, Radlauf und Fahrwerk: Schrauben, Muttern und Anbauteile nach Prüfplan

Eine Anwendung stammt aus einer Null-Fehler-Zone am Fahrzeugunterboden eines Automobilwerks. Geprüft werden sollen Schrauben, Muttern und Anbauteile, zuerst am Unterboden, in zweiter Priorität an den Radläufen. Für jedes Modell soll es einen Prüfplan geben, denn die Varianten unterscheiden sich in Position und Art der Schrauben, womöglich auch in der Ausbaustufe.

Vorgesehen ist dort die All-in-One Kamera, die mehrere Schrauben in einem Bild auf Anwesenheit prüfen kann. Sollen mehrere Kameras an einem Controller zusammenarbeiten, etwa für Unterboden und Radläufe, kommt die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G in Frage, die bis zu acht Kameras aufnimmt.

Eine Aufgabe aus einem anderen Montagewerk betrifft Front und Heck. Vorn sollen gelbe und graue Schrauben sowie eine Kappe am Stoßdämpfer vorhanden sein, hinten zwei graue Schrauben, die immer an nahezu derselben Stelle sitzen. Skizziert sind zwei All-in-One Kameras aus zwei bis zweieinhalb Metern, das Bildfeld wechselt mit dem Fahrzeug.

Im Rohbau: Aufkleber, Tray und Bauteil in der Schweißvorrichtung

Im Rohbau gilt die Anwesenheit oft Teilen, die später wieder verschwinden. An Karosserie-Rohteilen müssen vor dem Schweißen mehrere kleine silberne Abdeckaufkleber von wenigen Zentimetern Durchmesser sitzen. Fehlt einer, gelangt beim Lackieren Lack in das Bauteil. Geprüft wird mit einer Abfrage je Fahrzeugseite aus mehr als einem Meter Abstand. Vorgesehen ist der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4, dessen Arbeitsabstand von 50 mm bis über 3 m reicht. Sein Werkzeug AI Identify beginnt mit einem einzigen registrierten Bild des Gutzustands, hier der Seite mit allen Aufklebern.

An einem Tray im Rohbau soll die Station die Vollständigkeit prüfen und bei einer Lücke ausgeben, an welcher Position das Teil fehlt. Durchgerechnet sind zwei Kameras oder eine einzelne mit 5 Megapixeln; mit nur einer Kamera wären 600 mm Tiefenschärfe nötig. Das Blob-Werkzeug der All-in-One Kamera zählt Objekte und gibt Fläche und Schwerpunkt aus, woraus sich die belegten und damit auch die freien Plätze ableiten lassen.

In einer Schweißroboterzelle für Fahrgestellteile soll ein Sensor erkennen, ob das Teil in der Vorrichtung liegt, und dabei mit rund 800 mm Abstand außerhalb des Funkenbereichs bleiben. Der Allzweck-Lasersensor der Modellreihe LR-T erfasst je nach Ausführung 60 bis 2.000 mm oder 60 bis 5.000 mm, der Abstand liegt also im Bereich. Spritzer setzen optischen Flächen in der Nähe von Schweißprozessen zu; Schutzart und Beständigkeit gehören deshalb vor der Auswahl in die Spezifikation.

Bei einem Karosserieteile-Zulieferer sind zehn kleine Anwesenheitssensoren gefragt. Erwogen ist der CMOS-Lasersensor der Modellreihe LR-X mit bis zu 250 mm Erfassungsbereich.

Am Ende der Linie: Prüftisch mit großem Bildfeld

Zwei solche Prüftische sind bei einem Integrator in Arbeit. Am ersten ist ausdrücklich nur Anwesenheit gefragt, bei einem Bildfeld von gut anderthalb Metern, mit einer All-in-One Kamera und einer langen Stableuchte. Offen ist, ob trotzdem AI-Segmentierung nötig wird, die als Option hinzukommt.

Am zweiten Tisch, am Ende der Frontmontage, soll bei etwa zwei Metern Bildfeld eine Mutter als vorhanden erkannt werden. Das Konzept nennt AI-Klassifizierung, die Bilder Gut- und Schlechtklassen zuordnet, und eine Stableuchte. Die Schweißnaht an derselben Station ist eine Frage der Oberflächen- und Defektprüfung und bleibt hier außen vor.

Kleiner ist das Bildfeld an einer Ladeboden-Baugruppe, etwa ein Meter mal ein halber. Nach einer Reklamation im Warenausgang sollen dort die Schrauben erkannt werden. Die Baugruppe wird bereits gefertigt, die Prüfung soll nachträglich hinzukommen. Das Teil wird von Hand bewegt, der Takt ist unkritisch, angebunden wird über einfache Ein- und Ausgänge.

Ein Integrator plant außerdem eine Station, an der eine Kamera an einem verfahrbaren Roboter Komponenten an verschiedenen Stellen auf Anwesenheit prüft. Wie der Roboter die Kamera dorthin führt, ist eine Frage der Robotik.

Kederschnur an der Türdichtung: wenn das Fehlen das Gutbild ist

Die meisten Prüfungen am Fahrzeug fragen, ob etwas da ist. Die Kederschnur dreht die Frage um. Sie muss nach der Montage vorn und hinten aus der Türdichtung gezogen sein; bleibt sie stecken, ist das der Fehler. Dort geht es um eine Schnur von etwa zwei Millimetern Stärke, deren Lage gelegentlich schwankt, bei einem Fahrzeug etwa alle 50 Sekunden. Als Ziel gilt, mindestens 85 Prozent der Fehler zu erkennen. Eine Ausgabe an die Steuerung ist vorerst nicht vorgesehen, das Ergebnis bleibt in der Kamera.

Für diese Umkehrung passt ein Bild besser als ein Punkt, denn die Schnur wechselt ihre Lage. Der Vision-Sensor kann mit AI Identify den Zustand ohne Schnur als Gutbild registrieren. AI Trigger nimmt ohne eigenen Triggersensor auf, das Fahrzeug muss dafür nicht anhalten. Ob ein zwei Millimeter dünner Faden aus dem Montageabstand sicher sichtbar ist, klärt der Test mit Bildern von der Linie.

Viele Varianten je Modell: ein Prüfplan statt vieler Einzelprogramme

Am Fahrzeug entscheidet nicht die Kamera, welches Modell vor ihr steht. Die Linie kennt Modell und Ausstattung aus dem Auftrag, und der Prüfplan legt fest, welche Schrauben und Anbauteile an diesem Fahrzeug vorhanden sein müssen. Die Station prüft dann Vollständigkeit gegen diesen Plan. Müsste sie die Variante erst aus dem Bild bestimmen, wäre das eine Aufgabe der Typunterscheidung.

Praktisch heißt das: ein Programm je Modell oder Ausbaustufe, gewählt von der Steuerung. Beim Vision-Sensor lassen sich über externe Eingänge bis zu 32 Programme umschalten; intern speichert er 32, mit microSD-Karte und aktivierter Programmerweiterung 128.

Was die Station meldet, gehört mit in den Prüfplan. Am Tray im Rohbau soll sie die fehlende Position ausgeben, an der Kederschnur zunächst nur selbst entscheiden, an der Ladeboden-Baugruppe über einfache Ein- und Ausgänge melden. Die All-in-One Kamera unterstützt EtherNet/IP, PROFINET, PLC-Link und EtherCAT. Meldet die Station die Position, muss die Nacharbeit nicht das ganze Fahrzeug absuchen.

Häufige Fragen

F Welche Auflösung braucht eine Kamera für ein Bildfeld von zwei Metern?

Bei 2.432 Pixeln in der Breite, wie sie die 5-Megapixel-Ausführung der All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS bietet, entfallen auf zwei Meter rechnerisch rund 0,8 mm je Pixel. Für Schrauben, Muttern und Anbauteile als vorhanden oder nicht reicht das häufig.

F Woher weiß die Station, welche Schrauben ein Fahrzeug haben muss?

Aus dem Auftrag. Die Linie kennt Modell und Ausstattung, der Prüfplan legt die Prüfpunkte je Modell fest, und die Steuerung wählt das passende Programm. Beim AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 sind über externe Eingänge bis zu 32 Programme umschaltbar.

F Wie prüft man, ob ein Teil entfernt wurde?

Man registriert den Zustand ohne das Teil als Gutbild. Bei der Kederschnur einer Türdichtung ist gut, wenn vorn und hinten keine Schnur mehr zu sehen ist. Mit AI Identify genügt dafür ein einziges registriertes Bild; ob die dünne Schnur aus dem Montageabstand sicher erkannt wird, zeigt der Test.

F Was soll die Station melden, wenn am Tray ein Teil fehlt?

In einer dokumentierten Anwendung soll sie nicht nur unvollständig melden, sondern auch die Position, an der das Teil fehlt. Das Blob-Werkzeug der All-in-One Kamera zählt Objekte und gibt Fläche und Schwerpunkt aus, aus denen sich die belegten Plätze ableiten lassen. Die Nacharbeit weiß dann, wo sie suchen muss.

F Wie viele Kameras braucht eine Prüfstation am Fahrzeug?

Das hängt vom Bildfeld und von der Größe der Merkmale ab. In den dokumentierten Anwendungen reichen die Überlegungen von einer bis zu zwei Kameras je Station. Sollen mehrere Kameras an einem Controller arbeiten, nimmt die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G bis zu acht auf.

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