Presswerk, Stanzlinie und Durchlauf: Risse, Einschnürungen und Kratzer bei Bandgeschwindigkeit von oben und unten prüfen

Das Teil, um das es hier geht, steht nie still. Es fällt aus der Presse auf ein Band, es läuft als Streifen von Rolle zu Rolle, es kommt als Rohr aus der Anlage oder als Bahn von der Haspel. Niemand nimmt es in die Hand, niemand dreht es um, und wenn die Kamera es nicht im Vorbeifahren beurteilt, beurteilt es niemand. Dieser Beitrag beschreibt, was die dokumentierten Anwendungen im Presswerk, an der Stanzlinie und an der Bahn fragen und was ein Datenblatt darauf nicht antwortet: Unterseite, Spuren, Farbe und die Grenze zur Messung.

Wichtige Punkte im Überblick

Bei Karosserieteilen in fünf bis zwanzig Varianten und vielen Millionen Stück im Jahr beantwortet eine Stichprobe nur, ob der Prozess gerade läuft, nicht, ob das Teil auf dem Band einen Riss hat, und im Durchlauf liegt das Teil jedes Mal ein wenig anders, ist nicht vereinzelt und der Takt gehört der Presse.
Ist die Rissstelle aus Werkzeugauslegung und Reklamationen bekannt, richtet sich die Kamera auf die Stelle statt auf das Teil: Ein Bildfeld über dem Radius genügt, der kleinste Fehler bestimmt dessen Auflösung, und wandert die Rissstelle mit der Variante, wandert das Bildfeld mit und die Variante wählt das Programm.
Liegen mehrere gestanzte Teile unausgerichtet in einem Bild, muss die Station wissen, welches schlecht ist: Eine Kamera je Spur ordnet das Ergebnis direkt der Spur zu, eine Kamera über allen Spuren verlangt, dass das Programm jedes Teil findet, einzeln beurteilt und die Position an die Ausschleusung gibt, wofür die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G bis zu acht Kameras an einem Controller zusammenführt.
Für die Unterseite auf dem Band gibt es drei Wege: ein Spiegel, der den Blick unter das Teil umlenkt und in Stanzöl sauber bleiben muss, eine zweite Kamera von unten an einer Lücke zwischen zwei Bändern oder an einer Übergabe, und eine Zeilenkamera von unten, wenn das Objekt als Streifen oder Bahn ohne Unterbrechung läuft.
Ob ein Riss vorhanden ist, beantwortet ein Bild mit Gut oder Schlecht, eine Forderung von 0,01 mm ist dagegen eine Toleranz und damit eine Messaufgabe, und beide können am selben Teil stehen, aber nicht in derselben Station.

Mehrere Millionen Teile im Jahr: warum die Stichprobe hier nicht trägt

Karosserieteile nach dem Warmumformen und Pressen entstehen in dokumentierten Anwendungen in fünf bis zwanzig Varianten und in Stückzahlen von vielen Millionen im Jahr. Gesucht werden Risse und Einschnürungen, also die Stelle, an der das Blech beim Ziehen zu dünn geworden oder aufgerissen ist. Eine Stichprobe beantwortet bei dieser Stückzahl nur, ob der Prozess gerade läuft, nicht, ob das Teil auf dem Band einen Riss hat. Das ist die Aufgabe der Kamera im Durchlauf, und dort liegt das Teil jedes Mal ein wenig anders, es ist nicht vereinzelt, und der Takt gehört der Presse, nicht der Prüfung.

Die Rissstelle ist bekannt: Kamera auf die Stelle statt auf das Teil

An einer Presse im Karosseriebau ist in einem dokumentierten Fall bekannt, wo das Teil reißt: immer an derselben Stelle, an einem Radius, in dem das Blech am stärksten gezogen wird. Dann muss die Kamera nicht das Teil sehen, sondern die Stelle. Ein Bildfeld, das den Radius abdeckt, genügt, und der kleinste Fehler bestimmt die Auflösung dieses einen Bildfelds, nicht die Größe des Teils.

Für diesen Fall ist die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS das dokumentierte Gerät: eine Kamera an der Stelle, Auswertung und Ergebnisausgabe im Gerät, das Ergebnis über EtherNet/IP, PROFINET, PLC-Link oder EtherCAT an die Pressensteuerung. Das Werk hatte an einem anderen Standort bereits eine Kamera an derselben Pressenart im Einsatz und wollte den Aufbau übernehmen. Die Rissstelle ist Prozesswissen aus Werkzeugauslegung und Reklamationen, und die Prüfung nutzt es. Wandert die Rissstelle mit der Variante, wandert das Bildfeld mit, und die Variante wählt das Programm.

Viele Hübe pro Sekunde, vier Spuren, ein Bild: welches Teil ist schlecht

Versilberte Kontaktteile von knapp 3 mm Größe werden in dokumentierten Anwendungen mit rund achtzig Hüben je Sekunde vier mal vier aus dem Band gestanzt und fallen auf ein Förderband. Von dort sollen sie oben und unten geprüft werden. Mehrere Teile liegen in einem Bild, nicht ausgerichtet, und wenn eines schlecht ist, muss die Station wissen, welches, damit die Ausschleusung das richtige trifft.

Dokumentierte Anwendungen stellen dazu zwei Fragen. Erstens: eine Kamera je Spur oder eine Kamera über allen Spuren. Je Spur ist einfacher, weil jedes Bild genau ein Teil enthält und das Ergebnis direkt der Spur zugeordnet ist; das kostet mehr Kameras, aber weniger Zuordnung. Eine Kamera über allen Spuren verlangt, dass das Programm jedes Teil findet, einzeln beurteilt und die Position an die Ausschleusung gibt. Die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G führt bis zu acht Kameras an einem Controller zusammen, sodass beides mit einer Auswertung geht: eine Kamera je Spur von oben, weitere von unten, ein Ergebnis je Teil an die SPS. Zweitens: ob die Aufgabe Standard ist. Sie ist es, solange Teil und Fehler im Bild sichtbar sind; sie wird zum Versuch, wenn die Teile übereinander liegen oder sich im Flug drehen.

Von oben und von unten: Spiegel, zweite Kamera oder Zeile

Das Teil auf dem Band zeigt der Kamera eine Seite. Die andere liegt auf dem Band. In den dokumentierten Fällen werden drei Wege diskutiert. Ein Spiegel lenkt den Blick unter das Teil um, wenn das Band unterbrochen ist oder das Teil über eine Kante fällt; das spart eine Kamera, verlangt aber eine saubere Spiegelfläche in einer Umgebung mit Stanzöl. Eine zweite Kamera von unten, durch eine Lücke zwischen zwei Bändern oder an einer Übergabe, ist der direkte Weg; deshalb zählt in diesen Projekten die Zahl der Kameras an einem Controller. Und wo das Teil ohne Unterbrechung läuft, weil es ein Streifen oder eine Bahn ist, nimmt eine Zeilenkamera von unten die durchlaufende Fläche fortlaufend auf.

Bei verchromten Kontaktstreifen, die von Rolle zu Rolle laufen und auf Kratzer und Dellen geprüft werden, liefert das Band die Bewegung und die Zeile das Bild. Die High-End Bildverarbeitung mit ultimativer Flexibilität der Modellreihe XG-X mit Zeilenkamera ist dafür das dokumentierte Konzept; sie trägt bis zu vier Köpfe und Kameras insgesamt, also etwa eine Zeile von oben und eine von unten an einem Controller. In einem dokumentierten Fall wird sie als Retrofit ergänzt, ohne dass der Bandlauf geändert wird.

Rohr rundum: dünne Wand in einem Zyklus

Ein geschlitztes Rohr mit 0,5 mm Wandstärke und 90 mm Breite soll in einem dokumentierten Fall rundum geprüft werden, in einem Zyklus von 34 Sekunden, zu hundert Prozent, wo heute eine Sichtprüfung steht. Das Rohr hat keine Ober- und Unterseite, sondern einen Umfang, und die dünne Wand macht jede Delle und jeden Kratzer zu einem Fehler, der später beim Fügen trägt.

Zwei Wege sind gangbar: Das Rohr dreht sich vor einer Zeile oder einer Flächenkamera, oder mehrere Kameras stehen um das Rohr herum und nehmen den Umfang in einer Aufnahme auf; dann muss jede Kamera die zylindrische Fläche unter einem Winkel sehen, unter dem der Kratzer sich vom Glanz abhebt. Wo die Delle als Formabweichung erkannt werden soll, kommt ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 ins Spiel: Er erfasst je nach Messkopf X-Felder von 7,0 bis 510 mm mit einer Z-Wiederholgenauigkeit von 0,3 bis 10 µm bei Abtastraten bis 16 kHz und nutzt die Drehung des Rohrs oder den Vorschub für den Scan. Musterteile lagen in diesem Fall noch nicht vor, weil die Linie erst ausgeschrieben wurde; die Machbarkeit wird am ersten Teil geprüft.

Verchromt und versilbert: braucht der Plattierungsfehler Farbe

Die Frage nach der Farbkamera kommt in dokumentierten Anwendungen bei versilberten und verchromten Teilen auf. Die Antwort hängt am Fehlerbild. Ein Kratzer in der Silberschicht, eine Delle, eine fehlende Stelle in der Plattierung sind Helligkeits- und Formunterschiede: Der Kratzer streut das Licht anders als die glatte Schicht, das Grundmaterial reflektiert anders als die Plattierung. Dafür genügt in dokumentierten Anwendungen ein Graubild mit passender Beleuchtungsrichtung.

Farbe wird zur Frage, wenn der Fehler eine Verfärbung ist: eine Anlauffarbe, ein Fleck aus dem Bad, ein Übergang zwischen zwei Schichten, der im Graubild dieselbe Helligkeit hat wie die gute Fläche. Dann trägt eine Farbaufnahme; die Bildverarbeitung der Modellreihe VS-G bietet neben LumiTrax auch multispektrale Aufnahme. Zeigt das Graubild den Fehler, bleibt es beim Graubild.

Folie und Schaum: wenn das Teil eine Bahn ist

Zwei dokumentierte Fälle haben kein Teil mehr, sondern eine Bahn. Eine Schutzfolie für Säulen läuft mit 25 m/min und 220 Teilen je Minute, ein Schaumstoff als Bahn mit 60 m/min auf zwei Metern Breite, in rund zwanzig Farben und zwanzig bis dreißig Dicken. Geprüft wird bisher offline, also erst, wenn die Rolle fertig ist.

Für die Bahn ist die Zeilenkamera die natürliche Aufnahme, weil die Bahn die Bewegung liefert und die Zeile die Breite abdeckt; bei zwei Metern Breite ergibt sich die Zahl der Zeilenkameras aus der Breite je Kamera, und die Bildverarbeitung der Modellreihe XG-X fasst sie an einem Controller zusammen. Zwanzig Farben bedeuten zwanzig Beleuchtungssituationen; das Programm wird je Farbe aufgerufen, wie die Variante an der Presse. Die Bahnprüfung als eigenes Thema gehört in andere Beiträge; hier zählt, dass die Frage nach Unterseite und Fehlerposition dieselbe ist wie am Stanzteil.

Riss prüfen, Maß messen: wo die Prüfung endet und die Messung beginnt

An dem warmumgeformten Karosserieteil stand in einem dokumentierten Fall neben dem Riss eine zweite Forderung: 0,01 mm. Das ist keine Fehlergröße, sondern eine Toleranz, und damit eine Messaufgabe. Ob ein Riss vorhanden ist, beantwortet ein Bild mit Gut oder Schlecht; ob eine Kante um ein Hundertstel verschoben ist, beantwortet ein Messsystem mit einem Wert und einer Genauigkeitsangabe. Beide Aufgaben können am selben Teil stehen, aber nicht in derselben Station. Breite, Kontur, Kantenlage und Verzug des Stanzteils sind ebenfalls Maße und gehören in den Beitrag zur Maßprüfung von Stanzteilen.

Für die Prüfung im Durchlauf bleibt: Riss, Einschnürung, Kratzer und Delle finden, jedem Teil im Bild sein Ergebnis zuordnen, die Unterseite nicht vergessen, und das Ergebnis so schnell an die SPS geben, dass die Ausschleusung das Teil noch erreicht. Wie das Teil anschließend vom Band gegriffen wird, ist eine Aufgabe der Robotik.

Häufige Fragen

F Wie prüft man die Unterseite eines Stanzteils auf dem Band?

Mit einem Spiegel, der den Blick unter das Teil umlenkt, mit einer zweiten Kamera von unten an einer Lücke zwischen zwei Bändern oder an einer Übergabe, oder mit einer Zeilenkamera von unten, wenn das Teil ein Streifen oder eine Bahn ist. Die zweite Kamera ist der direkte Weg; die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G führt bis zu acht Kameras an einem Controller zusammen.

F Eine Kamera je Spur oder eine Kamera über allen Spuren?

Eine Kamera je Spur ist einfacher, weil jedes Bild ein Teil enthält und das Ergebnis der Spur zugeordnet ist. Eine Kamera über allen Spuren spart Kameras, verlangt aber, dass das Programm jedes Teil im Bild findet, einzeln beurteilt und die Position an die Ausschleusung gibt.

F Braucht die Prüfung von versilberten oder verchromten Teilen eine Farbkamera?

Für Kratzer, Dellen und fehlende Plattierung meist nicht, weil das Helligkeits- und Formunterschiede sind, die ein Graubild mit passender Beleuchtung zeigt. Farbe wird nötig, wenn der Fehler eine Verfärbung ist, die im Graubild dieselbe Helligkeit hat wie die gute Fläche. Entschieden wird an echten Fehlerteilen.

F Wann ist eine Zeilenkamera im Durchlauf die richtige Wahl?

Wenn das Objekt ein Streifen, ein Rohr oder eine Bahn ist und das Band die Bewegung liefert. Die Zeile nimmt die Fläche fortlaufend auf, die Auflösung in Laufrichtung folgt der Bandgeschwindigkeit. Die High-End Bildverarbeitung mit ultimativer Flexibilität der Modellreihe XG-X ist dafür das dokumentierte Konzept und trägt bis zu vier Köpfe und Kameras insgesamt.

F Ist eine Einschnürung ein Kontrast- oder ein Formfehler?

Beides kann vorkommen. Zeigt die Einschnürung sich als helle oder matte Zone im Blech, genügt das Bild. Ist sie eine Ausdünnung ohne sichtbaren Kontrast, wird sie zur Höhe, und ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 erfasst sie im Profil, wobei Band oder Vorschub die Bewegung für den Scan liefern.

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Messen, Kennzeichnen und Prüfen in der Automobilproduktion: Der Überblick für Qualitäts- und Fertigungsverantwortliche

Hauptartikel zum Thema: Dicht- und Funktionsflächen an Motor- und Getriebeteilen prüfen: Poren, Lunker, Riefen und Ausbrüche vor der Montage finden

Weiterer Artikel im Thema: Sichtteile im Interieur und Exterieur: Kratzer, Pickel und Überchromung an Zierleisten, Kühlergrill und Blenden im Takt prüfen

Weiterer Artikel im Thema: Kleberaupe, Lötstelle und Schweißnaht als Gut/Schlecht: Unterbrechung, Spritzer und Partikel an der Fügestelle erkennen

Weiterer Artikel im Thema: Reklamation, Lastenheft und Grenzmuster: Prüfkriterien für Oberflächenfehler mit dem OEM festlegen und nachweisen