Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung in der Metallverarbeitung: von der Presse bis zur Endkontrolle

Wer Blech stanzt und presst, schweißt, zerspant oder beschichtet, prüft Anwesenheit und Vollständigkeit an eigenen Teilen und in eigenen Prozessen. Die Frage lautet nicht, ob ein zugeliefertes Modul korrekt montiert wurde, sondern ob der Zuschnitt lagerichtig im Werkzeug liegt, ob das Fertigteil die Form verlassen hat, ob die Schweißmutter sitzt und ob der Verschlussstopfen nach dem Strahlen wieder entfernt wurde. Zwei Eigenheiten prägen diese Aufgabe im Metallbetrieb: Sie rechnet sich häufig über vermiedene Werkzeugschäden statt über Personalkosten, und sie arbeitet auf blanken, gestrahlten, öligen oder nassen Oberflächen, an denen eine reine Kontrastauswertung an ihre Grenze kommt. Dieser Beitrag ordnet sie entlang der Prozesskette ein und zeigt, wann ein Taster genügt, wann ein AI-Vision-Sensor passt und wann nur ein Höhenprofil die Antwort trägt.

Wichtige Punkte im Überblick

  • In der Metallverarbeitung werden Anwesenheit und Vollständigkeit an eigenen Teilen in eigenen Prozessen geprüft: Die Prüfung rechnet sich häufig über vermiedene Werkzeugschäden statt über Personalkosten.
  • Blanke, gestrahlte, ölige oder nasse Oberflächen treiben reine Kontrastauswertungen in Pseudofehler, und sehr oft liegt der Unterschied zwischen gut und schlecht allein in der Höhe.
  • Die Geräteauswahl folgt der Merkmalsdichte: ein Lichtleitersensor für den einzelnen konstruktiv definierten Punkt, ein AI-Vision-Sensor für mehrere Anwesenheits- und Lagemerkmale und ein Laser-Profilsensor, wenn nur die Höhe entscheidet.
  • Vier Größen entscheiden über die Serientauglichkeit der Station: Taktzeit, Bildfeld, Arbeitsabstand und Variantenzahl, beherrscht über Programmvorwahl aus der Steuerung und Toleranzcluster.
  • Vor der Beschaffung steht ein Machbarkeitstest mit realen Testmustern samt Grenzmustern und seriennahen Störgrößen, und der dauerhafte Betrieb hängt daran, dass die eigene Instandhaltung die Prüfprogramme selbst pflegen kann.

Warum Anwesenheit und Vollständigkeit in der Metallverarbeitung anders geprüft werden

Die Prüfung entsteht hier im eigenen Werk und nicht am Reißbrett einer Anlage. Sie wird von der Fertigung angestoßen, von der Instandhaltung eingerichtet und muss auch nach dem dritten Werkzeugwechsel noch tragen.

Technisch formen zwei Bedingungen fast jede Aufgabe. Die erste ist die Oberfläche. Blanker Stahl, gestrahltes Aluminium, Zink-Nickel-Beschichtung und feuchte Teile erzeugen Fehlreflexionen, die ein Prüfwerkzeug leicht für ein Merkmal hält. Die zweite ist die Art des Unterschieds zwischen gut und schlecht. Sehr oft existiert er nur über die Höhe: eine Lage oder zwei, Ring in der Nut oder auf der Nut, Fase gedreht oder nicht, Naht mit Überstand oder ohne. Wo das so ist, hilft keine bessere Kamera, sondern ein anderes Messprinzip.

Wichtig ist die Abgrenzung zu den Nachbaraufgaben, weil sie andere Werkzeuge verlangen. Welche Variante vorliegt, klärt eine Variantenunterscheidung. Kratzer, Risse, Poren und Beschichtungsfehler gehören in die Oberflächen- und Defektprüfung. Liefert die Prüfung Koordinaten an einen Roboter, ist es Positionserkennung oder Bin Picking. Anwesenheit und Vollständigkeit beantworten dagegen eine Ja/Nein-Frage: Ist das Teil, das Merkmal oder die Lage da, und ist die Baugruppe komplett. Wer eine Anwesenheitsprüfung mit Defekt- und Maßfragen belädt, bekommt Pseudofehler statt Prozesssicherheit. Der Themenbereich Metallverarbeitung führt die benachbarten Aufgaben in eigenen Beiträgen.

Werkzeugschaden, Reklamation, Nachsortieren: die drei Kostenhebel

Der erste Hebel ist der Werkzeugschutz, und er ist der stärkste. Ein hängengebliebenes Stanzteil, ein Stanzrest oder ein doppelt eingelegter Zuschnitt zerstört bei der nächsten Pressenbewegung ein Werkzeug, dessen Wiederbeschaffung samt Stillstand die Prüftechnik um ein Vielfaches übersteigt. Die Prüfung muss hier keine Person ersetzen, sie muss einen Schaden verhindern.

Der zweite Hebel ist die Reklamation. Eine fehlende Mutter, ein fehlender Sicherungsring oder eine unvollständige Beschichtung fällt in dokumentierten Anwendungen selten im eigenen Werk auf, sondern beim Fahrzeug-, Bahn- oder Gerätehersteller. Aus dem einzelnen Teil wird eine Charge, aus der Charge eine Sperrung, und die Forderung nach 100-Prozent-Prüfung steht im nächsten Gespräch auf dem Tisch.

Der dritte Hebel ist das Nachsortieren. Landet ein n.i.O.-Teil in der Gutbox, wird von Hand nachsortiert, teils über ganze Chargen, teils als extern eingekaufte Sortierleistung. Spätestens hier fällt die Sichtkontrolle als Prüfverfahren aus, denn sie erkennt einen Teil der Fehler, dokumentiert aber nichts.

Glanz, Kühlmittel, Späne und Fremdlicht: die Störgrößen und ihre Gegenmittel

Die Störgrößen der Metallverarbeitung sind bekannt, und für jede gibt es ein bewährtes Gegenmittel.

  • Glanz und Fehlreflexion auf blankem Stahl, Aluminium und verzinkten Flächen: Polarisationsfilter vor Optik und Beleuchtung nehmen den größten Teil der Spiegelungen aus dem Bild. Reicht das nicht, liefert Durchlicht eine saubere Silhouette statt eines Kontrastbildes.
  • Kühlmittel, Wassertropfen und Dampf: kapazitive Abfragen schalten hier wiederkehrend falsch, weil sie den Film auf dem Teil wie Material sehen. Eine Lichtleiterabfrage mit engem Strahl oder eine distanzbasierte Auswertung ist stabiler.
  • Späne und Stanzreste: Sie sehen im 2D-Bild aus wie Oberflächenstruktur und werden erst im Höhenbild eindeutig. Für den freien Werkzeugraum ist das der übliche Grund, vom Kamerabild auf ein Profil zu wechseln.
  • Fremdlicht in Hallen mit Dachfenstern: Abschirmung, kurze Belichtungszeiten und eine eigene kräftige Beleuchtung halten die Prüfung über den Tag konstant. Bei großen Bildfeldern gehört eine entsprechend leistungsstark dimensionierte Beleuchtung zur Auslegung.
  • Grenzen der Optik: Wird ein gepresster Magnet in der Presse oder ein Aluminiumblech in der Biegemaschine abgefragt, führt der Weg in dokumentierten Anwendungen zu induktiver Sensorik oder zu einer magnetfeldbasierten Abfrage.

Die Störgröße wird also nicht wegkonfiguriert, sondern durch Lichtführung und Messprinzip umgangen. Ein Beleuchtungstest am realen Teil, mit Öl und Kühlmittel wie in der Serie, gehört an den Anfang jeder Auslegung.

Taster, Lichtleiter, Vision-Sensor oder 3D-Profilsensor: die Auswahllogik

Die Geräteauswahl folgt in der Praxis der Merkmalsdichte und der Frage, ob Kontrast oder Höhe die Antwort liefert.

  • Ein einzelner, konstruktiv definierter Punkt: Ein digitaler Lichtleitersensor der Modellreihe FS-N lässt sich mit passendem Faserkopf in eine kleine Bohrung im Werkzeug einsetzen und verschrauben, auch in Durchlichtanordnung. Für distanzbasierte Erkennung bis 250 mm arbeitet ein CMOS-Lasersensor der Modellreihe LR-X, bei einer fest montierten Referenzfläche hinter dem Objekt eine entsprechende Ausführung der Modellreihe LR-Z, bei Farb- und Kontrastproblemen ein Lichttaster mit Farb- und Kontrastauswertung. Muss die Abfrage mehrere Meter überbrücken, arbeitet die Modellreihe LR-T mit Lichtlaufzeitmessung.
  • Ein Höhenwert statt eines Schaltsignals: CMOS-Analoglasersensoren der Modellreihe IL und bildbasierte Höhenvergleichssensoren der Modellreihe IX geben einen Messwert an die Steuerung, etwa für die klassische Doppelblechabfrage. Ist ein taktiler Kontakt zulässig, übernimmt ein hochpräziser digitaler Messtaster der Modellreihe GT2, für Kantenpositionen im Gegenlicht die Durchlicht-CCD-Messung der Modellreihe IG.
  • Mehrere Anwesenheits- und Lagemerkmale an einer Station: Der AI-Vision-Sensor der Modellreihe IV4 deckt mehrere Prüfstellen in einem Programm ab, verwaltet bis zu 128 Programme für Werkzeug- und Bauteilvarianten und bewertet mit AI Count und AI Identify Stückzahl und Merkmalstyp auch bei schwankendem Erscheinungsbild. Polarisationsfilter sind hier Standardzubehör, und die eigene Instandhaltung lernt die Programme ohne Bildverarbeitungs-Know-how ein.
  • Viele Varianten, kombinierte Merkmale: Die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS bewertet große Baugruppen in einer Aufnahme und kombiniert Anwesenheit mit Farb-, Etiketten- oder Codeprüfung. Für mehrere Inspektionsbereiche an einer Presse führt der Weg zur High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G, für Multikamera-Stationen zu den Bildverarbeitungssystemen der Modellreihen CV-X und XG-X. Ihr Beleuchtungsverfahren LumiTrax macht flache Merkmale auf glänzendem Metall sichtbar; eine Zeilenkamera für durchlaufende Bahnen ist an der Modellreihe XG-X verfügbar.
  • Wenn nur die Höhe entscheidet: Der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 bewertet Nahthöhe, Nahtlage, Überstände, Anhaftungen und Lagenzahl über das Profil, auch bei starken Helligkeitsunterschieden. Der 3D Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000 nimmt eine Fläche ohne Bewegung auf, was bei stehenden Teilen im Rundtakter den Aufbau vereinfacht. Beide lassen sich am XG-X-Controller betreiben.
  • Stichprobe und Erstteilprüfung: Ein 3D-Fertigungsmesssystem der Modellreihe XM prüft Merkmale an bearbeiteten Teilen direkt an der Maschine, ein mobiles 3D-Koordinatenmessgerät der Modellreihe WM-6000 übernimmt große Bauteile und Baugruppen. Beide ersetzen keine Inline-Prüfung, liefern aber die Referenz, gegen die eine Inline-Prüfung eingestellt wird.

Wichtig ist, die Klasse zu treffen statt aufzurüsten. Eine zu einfache Abfrage erzeugt Pseudofehler und wird nach zwei Wochen abgeschaltet, ein überdimensioniertes System bleibt ungenutzt.

Taktzeit, Bildfeld, Arbeitsabstand und Varianten: die Station richtig auslegen

Vier Größen bestimmen, ob aus der Machbarkeit eine Serienlösung wird.

Die Taktzeit setzt den Rahmen. In dokumentierten Anwendungen reicht sie vom Zehntelsekundenbereich am Stanzautomaten über etwa eine bis zwei Sekunden je Aufnahme an Verpackungs- und Handarbeitsplätzen bis zu zehn oder zwölf Sekunden am Rundtakttisch, wenn ein Bauteil für eine 360-Grad-Betrachtung gedreht wird. In dieser Zeit müssen Aufnahme, Auswertung und Ergebnisübergabe fertig sein, bei mehreren Prüfstellen auch mehrfach.

Das Bildfeld folgt aus dem Prüfumfang und spannt einen weiten Bogen: von rund 20 mm für ein Merkmal im Werkzeug über 50 bis 200 mm für Ringe und Dichtraupen bis über 1500 mm für Rahmen und Bahnbreiten in der Beschichtungslinie. Bei langen Bauteilen lohnt es sich, gezielt höher aufzulösen, wo die kritischen Merkmale sitzen.

Der Arbeitsabstand ergibt sich aus dem Bauraum und reicht von wenigen Zentimetern im Werkzeug bis in den Bereich von 1000 bis 1500 mm. An der Presse gehört die schwingungsfreie Montage dazu: Ein Halter, der mit dem Hub mitschwingt, verschiebt das Bildfeld und erzeugt Fehler, die nach Sensorproblemen aussehen.

Varianten sind der vierte Faktor und häufig der aufwendigste. Pro Maschine kommen Dutzende Werkzeuge zusammen, in der Beschichtungslinie über zwanzig Bauteiltypen und mehrere Stopfenarten. Zwei Strategien haben sich bewährt: Programmvorwahl über die Steuerung, damit beim Werkzeug- oder Typwechsel niemand am Sensor arbeitet, und Toleranzcluster, die ähnliche Varianten in einem Programm zusammenfassen. Die Ergebnisübergabe läuft in den dokumentierten Fällen meist über PROFINET, bei einfachen Ein-Punkt-Abfragen über einen Schalt- oder Analogausgang.

Von der Machbarkeit zur Serie: Testmuster, Grenzmuster und Übergabe an die Instandhaltung

Ob eine Prüfaufgabe lösbar ist, zeigt ein Machbarkeitstest mit realen Testmustern vor der Beschaffung. Sinnvoll ist ein Satz aus klar guten Teilen, klar fehlerhaften Teilen und vor allem Grenzmustern. Wer diese Grenzmuster in der Fertigung festlegt und nicht im Labor, bekommt eine Prüfschwelle, die auch bei Chargenschwankung hält.

Zum Test gehören die Störgrößen der Serie. Ein Muster, das gereinigt und trocken geprüft wird, sagt wenig über ein Teil aus, das mit Kühlmittelfilm und Spänen an der Prüfstelle ankommt. Das Ergebnis ist ein Testbericht, der dokumentiert, welche Merkmale mit welcher Geräteklasse sicher geprüft werden und welche Randbedingungen die Station einhalten muss.

Der Übergang in die Serie hängt an der Instandhaltung. Sie richtet Prüfprogramme für neue Werkzeuge ein, verschiebt Prüfbereiche nach einer Werkzeugreparatur und beurteilt, ob ein häufender Pseudofehler von der Prüfung oder vom Prozess kommt. Bedienbarkeit ist hier ein Auswahlkriterium und keine Komfortfrage. In dokumentierten Anwendungen ist der wiederkehrende Grund für einen Austausch nicht ein defektes Gerät, sondern ein Prüfsystem, das niemand mehr anpassen kann und deshalb nicht mehr genutzt wird.

Die vier weiterführenden Beiträge dieses Clusters gehen in die Tiefe: "Stanz- und Pressenprozesse absichern: Einlegekontrolle, Teileauswurf und Stanzbildprüfung" behandelt den Werkzeugschutz, "Doppelblech und Blechpaket erkennen: Lagenzahl in Umform- und Fügeprozessen absichern" die Lagenfrage, "Wurde wirklich bearbeitet? Schweißnaht, Gewinde und Bearbeitungsmerkmale nachweisen" den Nachweis eines Prozessschritts und "Beschichtung, Stopfen und Abdeckungen: Vollständigkeit im Oberflächen- und Wärmeprozess prüfen" den Oberflächen- und Wärmeprozess.

Häufige Fragen

F Warum lohnt sich eine Anwesenheitsprüfung an der Presse auch ohne Personaleinsparung?

A

Weil der Kostenhebel das Werkzeug ist. Ein hängengebliebenes Teil, ein Stanzrest oder ein doppelt eingelegter Zuschnitt beschädigt beim nächsten Hub das Werkzeug, und Wiederbeschaffung samt Stillstand übersteigt die Prüftechnik deutlich. Geprüft wird deshalb an drei Stellen: vor dem Hub das Einlegen, nach dem Hub der Auswurf und dazwischen der freie Werkzeugraum.

F Warum liefern Kameras auf blankem Metall so oft Pseudofehler?

A

Blanker Stahl, gestrahltes Aluminium und feuchte Oberflächen spiegeln die Beleuchtung als helle Flecken ins Bild, und eine Kontrastauswertung kann diese Flecken nicht von einem echten Merkmal unterscheiden. Gegenmittel sind Polarisationsfilter, Durchlicht statt Auflicht und Beleuchtungsverfahren wie LumiTrax. Bleibt das Bild unruhig, wechselt die Auswertung auf die Höhe, weil ein Profil unabhängig von Helligkeit arbeitet.

F Wann reicht ein Lichtleitersensor und wann braucht die Station eine Kamera?

A

Für einen einzelnen, konstruktiv definierten Punkt genügt ein Lichtleitersensor oder ein Laser-Distanzsensor, etwa für die Abfrage im Werkzeug, am Greifer oder in der Zuführung. Sobald mehrere Merkmale, mehrere Varianten oder eine Lagebeurteilung zusammenkommen, ist ein AI-Vision-Sensor die passende Klasse, weil er eine Fläche bewertet und mehrere Prüfstellen in einem Programm hält. Entscheidet allein die Höhe, führt der Weg zum Laser-Profilsensor.

F Wie erkennt man ein Doppelblech bei sehr dünnen Zuschnitten?

A

Die Aufgabe verlangt Auflösungsreserve: Bei Materialstärken von einem Zehntel bis unter einem Millimeter muss das Messverfahren einen Bruchteil der Einzelstärke sicher auflösen, sonst liegt eine Lage und zwei Lagen innerhalb der Streuung. In der Anwendungspraxis arbeiten Höhenvergleichs- und Triangulationssensoren an definierter Stelle, und wo eine einzelne Punktmessung zu wenig Reserve hat, bewertet ein Laser-Profilsensor ein Profil über die Blechkante.

F Wie geht man mit Dutzenden Werkzeug- und Bauteilvarianten um?

A

Zwei Wege haben sich bewährt. Die Programmvorwahl über die Maschinensteuerung ruft beim Werkzeug- oder Typwechsel das passende Prüfprogramm auf, ohne dass jemand am Sensor arbeitet. Und Toleranzcluster fassen ähnliche Varianten zusammen, etwa Blechstärken in Gruppen statt einzeln, sodass wenige robuste Programme statt hunderter gepflegt werden müssen.

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