Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung in der Batteriefertigung: von der Zelle bis zum fertigen Pack

In der Batteriefertigung ist ein fehlendes Teil oft schon nach dem nächsten Schritt unsichtbar. Die Zelle geht in den Modulbau, die Dichtung verschwindet unter dem Deckel, der Trenner zwischen den Zellen hinter der verklebten Gehäusewand. Eine dokumentierte Anwendung aus der Bleibatteriefertigung beschreibt die Folge: Stimmt im verklebten Gehäuse etwas nicht, muss es aufgesägt werden. Dieser Leitfaden folgt der Batterie in der Reihenfolge, in der eine Lücke entsteht: an der Zelle, im Gehäuse vor dem Verschließen, am Modul und an der HV-Box, am fertigen Pack mit seinen Etiketten und in der Fertigung von Brennstoffzelle, Wasserstofftank und Ladetechnik. Ein letzter Abschnitt behandelt die Bedingungen großer Packs. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen, Konzepten und Tests. Wie Musterteile und Vorserie bis zur Abnahme geführt werden, beschreibt die Übersichtsseite zur Batteriefertigung.

Wichtige Punkte im Überblick

Vorhanden, vollständig und richtig gezählt sind drei Fragen ohne Messwert, ohne Lagebezug und ohne Fehlerbewertung, und als Faustregel gilt: Die fehlende Dichtung ist eine Anwesenheitsfrage, die verdrehte eine Lagefrage, die falsche eine Verwechslung.
In der Batteriefertigung ist ein fehlendes Teil oft schon nach dem nächsten Schritt unsichtbar, weshalb die Prüfung an die Station gehört, die das Teil einlegt.
Für Zellträger und Blister ist der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 die naheliegende Klasse, dessen Werkzeug AI Count bis zu 500 Objekte je Werkzeug zählt.
Am fertigen Pack prüft die Station nur, ob das HV-Etikett da ist, und der Arbeitsabstand des Vision-Sensors reicht laut Spezifikation von 50 mm bis über 3 m, sodass die Kamera auch über einem Kranweg hängen kann.
Bei Packs und Abdeckungen von ein bis zweieinhalb Metern liegt der Kameraabstand in dokumentierten Anwendungen bei zwei bis über drei Metern, und das passende Sichtfeld ist am Originalteil zu klären.

Ist es da, ist alles da, stimmt die Zahl: die Prüfaufgabe vor Lage, Maß und Typ

Die drei Fragen dieses Themas brauchen keinen Messwert, keinen Lagebezug und keine Fehlerbewertung. Vorhanden heißt, dass das eine Teil an seiner Stelle ist, etwa der Wellen-Trenner im Pack. Vollständig heißt, dass alles da ist, was eine Station hinzufügen soll, vom O-Ring an jeder Schraube eines Rahmens bis zu den Pins einer HV-Box. Richtig gezählt heißt, dass jeder Platz eines Zellträgers belegt ist.

Die Nachbarfragen haben eigene Artikel. Ob ein vorhandener Stecker verrastet ist, klärt die Lageprüfung. Kleberaupe, Gapfiller und Verguss sowie die Höhe eines Busbars gehören zur Maßprüfung. Ob eine Zelle richtig herum liegt, entscheidet die Typunterscheidung, was auf dem Etikett steht, das Codelesen, und wie gut ein Code ist, die Kennzeichnung. Den Fehler am vorhandenen Teil bewertet die Oberflächen- und Defektprüfung, den Griff des Roboters die Robotik. Als Faustregel gilt: Die fehlende Dichtung ist eine Anwesenheitsfrage, die verdrehte eine Lagefrage, die falsche eine Verwechslung. Kommt die Variante aus dem Auftrag und prüft die Station nur, ob deren Teile da sind, bleibt es Vollständigkeit.

An der Zelle: jeder Platz belegt, jeder Schritt getan

Zellen werden zu Dutzenden oder zu Hunderten bewegt, und die billigste Stelle für eine fehlende Zelle ist der Träger, bevor das Handling greift. Für eine NIO-Ablage mit gut 80 Zellen wurde getestet, welche Plätze belegt sind, mit der Kamera über dem Roboterhandling gut einen Meter über den Zellen. Zwei Beleuchtungswege standen zur Wahl: Auflicht mit Polfilter auf einer schwarz-matten Aufnahme oder Durchlicht durch Löcher, die aufleuchten, wenn ein Platz leer ist. Die Alternative zum einen Bild ist ein Näherungsschalter je Platz. In einem Lastenheft einer Zellfertigung ist geplant, gut hundert Zellen auf zwei Werkstückträgern von einem Handwagen auf Vollständigkeit zu prüfen. Im Konzept steht eine Blisterprüfung mit mehreren Blister- und Zellvarianten, weil das Handling aus einem falsch bestückten Blister nicht greifen kann. Dazu kommen ein Nest, an dem zwei Lichtleitersensoren dem Werker zeigen, wie viele Plätze belegt sind, und eine Zellprüfstation, an der zwei Lasersensoren melden, ob eine Zelle eingelegt ist.

Auch Prozessschritte an der Zelle sind Anwesenheit. An einem Anodenlaminator soll geprüft werden, ob der Schnitt gesetzt ist; ein Lasersensor wurde dort getestet, gewünscht ist zusätzlich eine Punktlösung. An einer Batterielinie ist eine größere Zahl von Vollspektrumsensoren der Modellreihe LR-W installiert, einer davon prüft, ob ein grauer Streifen auf der Zelle vorhanden ist. Schweißstelle und Lötstelle erscheinen nur als ja oder nein: die Schweißnaht über ihren Kontrast in einem Test, die Lötstelle an einem Werkzeugakkupack nach dem Lötroboter.

Für Träger und Blister ist der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 die naheliegende Klasse. Sein Werkzeug AI Count zählt bis zu 500 Objekte je Werkzeug und insgesamt bis zu 999 Elemente, bis zu 16 solcher Werkzeuge passen in ein Programm. Für große Träger und für die Fügestellen kommt die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS in Frage. Ob eine Zelle verkehrt herum liegt, ist eine Frage der Typunterscheidung.

Bevor das Gehäuse schließt: Dichtung, Deckel, Pad und Kappe

Ist der Deckel verschraubt oder verklebt, ist nichts mehr zu sehen. Gummidichtungen an Batteriegehäusen sollen bei wachsender Variantenzahl geprüft werden. An einem Batterierahmen soll eine Prüfung in einem Schritt und für zwei Teiletypen zeigen, ob alle O-Ringe auf den Schrauben vorhanden sind. Schwarze Gummiteile auf einem Montagetisch für Batteriewannen haben Lichtleitersensoren im Test erkannt, trotz Vibration und wechselndem Licht. Sechs Deckel an einem Gehäuse, die in wechselnder Lage liegen, wurden getestet, die Prüfung soll ein bereits in der Linie installierter Sensor mit Bildauswertung übernehmen.

Zwei Wellen-Trenner im Pack werden schräg von oben vor einer blauen Zelle geprüft; in Frage kommen zwei Vollspektrumsensoren oder ein Vision-Sensor. Auf einer Batterieabdeckung sollen Schaum und Clips vorhanden sein, in einer Modulwanne weiße Pads. Dazu kommen Schwappschutz und Separatoren in Bleibatteriegehäusen sowie Polkappe, Etikett und Schraubenpäckchen an zwei großen Tischen nach Reklamationen. Für Führungsstifte an den Ecken eines Gehäuses kommt der Bildbasierte Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX in Frage.

Für viele gleiche Merkmale in einem Bild passt die All-in-One Kamera. Ein großformatiger Batterierahmen, an dem eine Montageprüfung mit vier Kameras arbeiten soll, spricht für die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G, die bis zu acht Kameras an einem Controller betreibt. Einzelne Gummiteile übernehmen Digitale Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N.

Am Modul und an der HV-Box: Busbar, Stecker und Pins

Ein fehlender Leiter muss vor dem Schweißen und vor dem Deckel auffallen. An einem Q-Gate soll ein Pack mit mehreren Dutzend Prüfpunkten geprüft werden, darunter zahlreiche Clips und Stecker, über mehrere Linien. An einer HV-Verteilerbox stehen gut ein Dutzend Kriterien der Endprüfung, einige davon sind getestet. In den Buchsen einer HV-Junction-Box sollen rund fünfzig Pins erkannt werden.

An einem Batteriesteuergerät mit vier Varianten sind Stecker nur aus mehreren Blickwinkeln zu sehen. Ein Stecker nahe der Batterie kennt drei Zustände: keine Kappe, gelbe Kappe oder Stecker gesteckt. Kupfer-Alu-Verbindungsstücke auf Batterieplatinen wurden vor dem Schweißen auf einem Tisch getestet. Dazu kommen ein Busbar, von der Seite gesehen, an einer Vorserienlinie und Dutzende Nickelplatten auf einem großen Aluminiumteil.

Für viele Pins und Prüfpunkte ist die All-in-One Kamera die erste Wahl, für mehrere Blickwinkel an einem Controller die Bildverarbeitung. Einzelne Stecker und Busbars prüft der Vision-Sensor mit AI Identify, das mit einem einzigen registrierten Bild beginnt. Wie hoch ein Pin steht, gehört zur Maßprüfung.

Das HV-Etikett auf dem Pack: ein Ja oder Nein aus zwei Metern

Am fertigen Pack prüft die Station, ob das Etikett da ist, nicht was darauf steht. Drei HV-Etiketten auf einer Batterie für einen Exportmarkt werden aus etwa zwei Metern geprüft, weil darunter ein Kran fährt. Ein weiteres Etikett wird aus knapp einem Meter abgefragt, ausdrücklich ohne Position und Ausführung. Für ein gelbes Etikett auf schwarzen Batterieboxen ist eine Prüfung geplant. Auf Blistern von Gerätebatterien geht es um eine schnelle Druckbildprüfung.

Der Vision-Sensor arbeitet laut Spezifikation von 50 mm bis über 3 m Arbeitsabstand, Polarisationsfilter gibt es als Zubehör. Mehrere Etiketten oder eine schnelle Linie sprechen für die All-in-One Kamera. Den Text liest das Codelesen.

Brennstoffzelle, Wasserstofftank und Ladesäule

Dieselbe Frage stellt sich außerhalb der Zelle. An einer Einpressstation für Brennstoffzellen sollen Pins in einem Bildfeld von wenigen Zentimetern vollständig sein; offen ist noch, ob koaxiales Licht die Segmentierung stützt. Dazu kommen Handarbeitsplätze an einem Bordladegerät. An einer Rohrabdeckung wurde die Anwesenheitsprüfung mit gutem Ergebnis getestet, die Station bräuchte drei Vision-Sensoren. Weitere Aufgaben betreffen eine dünne Edelstahlplatte auf einem Band und die Faserbänder an einer Trommel für Wasserstofftanks, die über ihre Kanten gezählt werden sollen.

In der Fertigung von Ladesäulen prüfen etwa zwei Dutzend installierte KEYENCE-Sensoren mit Bildauswertung, ob Kabel vorhanden sind. Für die Pins bietet sich die All-in-One Kamera mit AI-Segmentierung an, für Platte, Abdeckung und Kabel der Vision-Sensor.

Große Packs, große Abstände: Bildfeld, Kranweg und schwarzer Kunststoff

Packs und Abdeckungen messen ein bis zweieinhalb Meter. In dokumentierten Anwendungen liegt der Kameraabstand deshalb bei zwei bis über drei Metern, etwa über einer Abdeckung von gut zweieinhalb Metern mit schwarzen Löchern und schwarzen Schaumpads, an der die passende Wellenlänge noch zu klären ist. Dort soll der Teilecode über PROFINET kommen, nach dem sich das Programm richtet. Über externe Eingänge schaltet der Vision-Sensor bis zu 32 Programme um, je Programm stehen bis zu 64 Prüfwerkzeuge bereit.

Schwarze Merkmale, eine blaue Zelle als Hintergrund und ein gelbes Etikett auf schwarzem Grund machen die Beleuchtung zur ersten Testfrage. Das Sichtfeld ist ein Anwendungswert, der am Originalteil zu klären ist. Wo die Bildfläche für eine Kamera zu groß wird, verteilt die Bildverarbeitung die Aufgabe auf mehrere Kameras an einem Controller.

Häufige Fragen

F Wann ist eine Prüfung am Batteriepack eine Anwesenheitsprüfung?

Wenn die Station nur ausgibt, ob ein Teil da ist, ob alles da ist oder ob die Zahl stimmt. Sitz und Verrastung gehören zur Lageprüfung, Höhe mit Toleranz zur Maßprüfung und richtig herum zur Typunterscheidung. Kommt die Variante aus dem Auftrag, bleibt die Prüfung eine Vollständigkeitsprüfung.

F Wie viele Zellen kann ein Vision-Sensor in einem Bild zählen?

Das Werkzeug AI Count des AI Vision-Sensors der Modellreihe IV4 zählt je Werkzeug bis zu 500 Objekte und insgesamt bis zu 999 Elemente, und ein Programm nimmt bis zu 16 AI-Count-Werkzeuge auf. Zwei Träger mit zusammen gut hundert Zellen liegen rechnerisch unter der Grenze eines Werkzeugs. Ob Bildfeld und Beleuchtung jede Zelle sicher trennen, klärt ein Test am Originalträger.

F Warum wird im Batteriegehäuse vor dem Deckel geprüft?

Nach dem Verschrauben oder Verkleben sind Dichtung, Pad, Trenner und Kappe nicht mehr zu sehen. In einer dokumentierten Anwendung muss ein verklebtes Gehäuse aufgesägt werden, wenn darin etwas nicht stimmt. Die Prüfung gehört deshalb an die Station, die das Teil einlegt.

F Wie prüft man ein HV-Etikett aus zwei Metern Abstand?

In einer dokumentierten Anwendung ist die Kamera rund 2,1 m über dem Pack vorgesehen, weil darunter ein Kran fährt. Der Vision-Sensor ist für Arbeitsabstände bis über 3 m spezifiziert, Polarisationsfilter gibt es als Zubehör. Geprüft wird nur, ob das Etikett da ist; den Inhalt liest das Codelesen.

F Wann genügt ein einzelner Sensor statt einer Kamera?

Wenn an einer festen Stelle ein Merkmal und ein Signal genügen. Dokumentiert sind Lichtleitersensoren für Gummiteile und für ein Zellnest, ein Vollspektrumsensor für einen Streifen auf der Zelle und ein Höhenvergleichssensor für Führungsstifte. Viele Merkmale in einem Bild sprechen für den Vision-Sensor oder die All-in-One Kamera.

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