Codes in der Modul- und Packmontage lesen: Vorrichtung, Werkstückträger, Palette und Prüfstand
Ein fertiges Batteriepack setzt sich aus Bauteilen zusammen, die alle einmal ihre eigene Nummer bekommen haben: Zellen, Zellkontaktiersysteme, Kühlplatten, Rahmen, Gehäuse. Ob am Ende jemand nachvollziehen kann, welche Zelle in welchem Modul sitzt, entscheidet nicht der Markierlaser, sondern die Kette der Lesestellen dazwischen. In dokumentierten Batterielinien liegt deren Zahl bei zwölf bis achtundzwanzig stationären Lesegeräten, ergänzt um eine Handvoll Handlesegeräte an manuellen Plätzen. Dieser Beitrag zeigt, wie diese Lesestellen ausgelegt werden: welche Station welchen Code braucht, wie Sichtfeld und Leseabstand zusammenhängen, was passiert, wenn mehrere Codes im Bild liegen, und wie das Leseergebnis in Anlagensteuerung und Prüfprotokoll ankommt.
Wichtige Punkte im Überblick
- Ob sich ein fertiges Pack später auf seine Zellen auflösen lässt, entscheidet nicht der Markierlaser, sondern die Kette der Lesestellen dazwischen, die in dokumentierten Batterielinien zwölf bis achtundzwanzig stationäre Lesegeräte und eine Handvoll Handlesegeräte umfasst.
- Der häufigste Auslegungsfehler ist ein Sichtfeld, das genauso groß ist wie der Code, denn gefordert sind 10 bis 15 mm Reserve rundum, die entweder ein größerer Leseabstand oder ein Weitwinkelmodell im unveränderten Abstand liefert.
- An Batteriestationen liegt selten nur ein Code im Bild, und die Regel, welcher der richtige ist, gehört in die Spezifikation: Geräte der Modellreihe SR-5000 geben zu jedem gefundenen Code Eckkoordinaten und Leserate aus, sodass die Steuerung über die Position entscheidet, welcher Code zum Bauteil und welcher zum Träger gehört.
- Solange das Bauteil im Träger liegt, ist der Träger seine Adresse, weshalb Werkstückträger, Puk und Palette eigene Lesungen brauchen und erst Bauteil- und Trägeridentität zusammen den Datensatz ergeben, den die Steuerung beim Umsetzen weiterschreibt.
- Wo die Codelage nicht reproduzierbar ist, am Handarbeitsplatz, bei der Nacharbeit und am Prüfstand, trägt ein DPM-tauglicher, robuster AI-Handscanner der Modellreihe HR-X weiter, der an geschäumten Bauteilen die Fertigteilnummer sicher las.
Von der Zelle zum Pack: an welchen Stationen gelesen wird
In einer dokumentierten Modullinie mit drei Zellreihen sieht die Lesefolge so aus: An der ersten Station wird das leere Gehäuse geladen und sein DMC am Gehäuserand erfasst, bei einer Codegröße von 6 x 6 mm aus rund 300 mm Abstand. An der nächsten Station kommen die Zellen dazu, hier liest ein Gerät das Etikett. Am Linienende steht die Station für die fertigen Module, an der die lasercodierten Bauteile und zusätzlich der Code auf der Palette gelesen werden. Auch Kisten und Ladungsträger bekommen eigene Lesungen, weil die Zuordnung sonst beim Umsetzen verloren geht.
Dahinter folgen die Prüfstände. In einem Projekt zur Montage von Batteriestacks waren 24 bis 28 Codeleser eingeplant, ein großer Teil davon an Funktionsprüfständen hinter der Montagelinie. Eine andere Batteriefertigung kam auf 25 stationäre Lesegeräte und sieben Handlesegeräte. Das Verhältnis ist typisch: Die feste Lesestelle ist der Regelfall, das Handgerät die Ergänzung.
Sichtfeld und Leseabstand auslegen, statt an der Anlage nachzumessen
Der häufigste Auslegungsfehler ist ein Sichtfeld, das genauso groß ist wie der Code. In einer Batteriemontage stand ein Lesegerät rund 115 mm über dem Bauteil und deckte damit etwa 32 x 25 mm ab. Der DMC füllte dieses Feld vollständig aus und lag bei manchen Teilelagen schon teilweise außerhalb. Gefordert waren 10 bis 15 mm Reserve rundum, also je 20 mm mehr in X und Y. Dafür gibt es zwei Wege: den Abstand erhöhen, im Beispiel auf mindestens 194 mm, oder auf ein Weitwinkelmodell wechseln, das im selben Abstand von 115 mm bereits etwa 77 x 61 mm sieht. Der zweite Weg ließ Kabel und Halterung unverändert.
Sichtfeldangaben sind objektiv- und geräteabhängige Anwendungswerte. Fest stehen die Leseabstände und die kleinste auflösbare Zelle. Ein Lesegerät SR-X300 aus der Modellreihe SR-X arbeitet von 70 bis 1000 mm und löst 2D-Zellen ab 0,024 mm auf, in der Ausführung SR-XHR ab 0,010 mm. Ein Gerät der Modellreihe SR-2000 liest von 100 bis 2000 mm bei 0,040 mm. Mit diesen drei Größen, also Abstand, Zellgröße und Streubereich der Codeposition, lässt sich die Station am Schreibtisch rechnen.
Mehrere Codes im Bild: den richtigen sicher treffen
An Batteriestationen liegt selten nur ein Code im Sichtfeld. Auf einem Werkstückträger mit mehreren Zellen sind mehrere DMC gleichzeitig sichtbar, an der Station für fertige Module liegen Bauteilcode und Palettencode nah beieinander. In einem dokumentierten Fall musste aus mehreren Codes im Bild genau einer gelesen werden, gelöst über ein Skript im Lesegerät, das die gefundenen Codes nach Inhalt und Lage filtert.
Für die Auslegung folgt daraus: Die Regel, welcher Code der richtige ist, gehört in die Spezifikation und nicht in die Inbetriebnahme. Zwei Muster haben sich bewährt. Entweder trennt die Mechanik die Codes, sodass jedes Lesegerät nur einen sieht. Oder das Lesegerät liefert die Zusatzinformation für die Auswahl mit: Geräte der Modellreihe SR-5000 geben zu jedem gefundenen Code die Eckkoordinaten und die Leserate aus und erfassen mehrere Codes in einer Lesung, sodass die Steuerung über die Position entscheiden kann, welcher Code zum Bauteil und welcher zum Träger gehört.
Code oben oder seitlich: wechselnde Codeposition beherrschen
Eine Vorrichtung, die zwei Bauteilvarianten aufnimmt, bringt häufig zwei Codepositionen mit. In einem realen Projekt wurden eine akkubetriebene und eine netzbetriebene Baugruppe, vorher getrennt gefertigt, auf einer gemeinsamen Vorrichtung zusammengelegt. Der DMC sitzt seitdem je nach Variante oben oder an der Seite des Bauteils, was ein deutlich größeres Sichtfeld verlangt. Umgesetzt wurde das mit einem Weitwinkelgerät und einer verstellbaren Montagehalterung, weil das Gerät schräg auf die Bauteile schauen muss.
Der zweite Fall ist der Höhensprung. Wo Behälter oder Gehäuse unterschiedlich hoch auf demselben Band stehen, wandert die Codeebene mit, und ein Lesegerät mit knapper Tiefenschärfe fällt reihum aus. Typisch ist ein Verzweigungspunkt, an dem drei verschieden hohe Kisten dieselbe Leseposition passieren. Lesegeräte der Modellreihe SR-5000 bringen hier Reserve mit, die repräsentative Tiefenschärfe reicht beim SR-5000X bis 1840 mm.
Werkstückträger, Puk und Palette mitverfolgen
Nicht nur das Bauteil trägt eine Identität. In einer Zellmontage sitzt die Zelle in einem Puk, und auf dem Puk selbst sind mehrere DMC angebracht. In einer Gehäuselinie werden Batteriegehäuse von Paletten abgestapelt und dabei mit DMC versehen, eine zweite Linie kommissioniert fertige Gehäuse wieder auf Paletten. Gelesen werden dort die Etiketten auf den Paletten und die DMC auf den Warenträgern, mit einem Bedarf von zehn bis achtzehn Lesegeräten über alle Linien.
Der Grund ist praktisch. Solange das Bauteil im Träger liegt, ist der Träger seine Adresse. Wird nur das Bauteil gelesen, fehlt die Information, wo es steht; wird nur der Träger gelesen, fehlt die Bauteilidentität. Erst beides zusammen ergibt den Datensatz, den die Steuerung beim Umsetzen weiterschreibt. In einem Reinraumprojekt wurde derselbe Gedanke auf Magazine angewendet: Jedes Magazin bekam einen gelaserten DMC, damit jederzeit bekannt ist, welches Magazin sich wo befindet.
Lesen nach Lackieren, Folieren und Beschichten
Zwischen Markieren und Lesen liegen in Batterielinien Prozesse, die Kontrast kosten. Eine Batteriewanne soll nach dem Lackieren gelesen werden, eine folierte Zelle nach dem Aufbringen der Folie, ein beschichtetes Bauteil nach dem Tauchbad. Aus der Beschichtungspraxis ist dokumentiert, wie stark die Farbe mitspielt: Nach dem Beschichten blieben weiße und glänzend schwarze Oberflächen lesbar, aber anspruchsvoll, rote Oberflächen waren die schwierigsten. Als härteste Lesestelle einer kompletten Linie galt in einem Projekt ein gelaserter Code auf unlackiertem Kunststoff, nämlich auf einem Kühlstack.
Drei Hebel holen den Kontrast zurück: Beleuchtung mit Polarisationsfilter gegen die Spiegelung, ein automatisches Tuning, das Beleuchtung und Parameter am Originalteil durchprobiert, und je Oberflächenzustand ein eigener Parametersatz, den die Steuerung beim Variantenwechsel aufruft. Der Lesetest gehört an Teile aus dem echten Prozess. Ein frisch markiertes Muster beantwortet die Frage nicht, die an dieser Station gestellt wird.
Reinraum, Kabellänge und Feldbus: die Lesestelle mechanisch und elektrisch einbinden
Lesestellen scheitern selten an der Optik und oft an der Umgebung. Vier Punkte wiederholen sich in den Projekten. Die Halterung muss verstellbar sein, weil der endgültige Winkel erst an der Anlage gefunden wird. Bei der Kabellänge sind fünf Meter zwischen Gerät und Schaltschrank der Regelfall, in Linien mit Schleppkette sind zehn Meter und mehr dokumentiert, und diese Länge gehört in die Bestellung. Im Reinraum kommt die Beständigkeit gegen Reinigungsmedien hinzu, in einem Retrofit war Wasserstoffperoxidbeständigkeit die Bedingung. Bleibt der Feldbus.
Die stationären Lesegeräte sprechen EtherNet/IP nativ, Geräte der Modellreihen SR-X und SR-5000 auch PROFINET. Für EtherCAT an Geräten der Modellreihen SR-X und SR-2000 sowie für PROFINET an der Modellreihe SR-2000 stehen die Kommunikationseinheiten SR-EC1 und SR-PN1 bereit. An die Steuerung sollte mehr gehen als der Codeinhalt: Geräte der Modellreihe SR-X und SR-2000 liefern einen Übereinstimmungswert von 1 bis 100, an dem nachlassende Lesequalität auffällt, bevor die erste Fehllesung die Linie stoppt. Am Prüfstand wandert dieser Wert gemeinsam mit dem Codeinhalt in das Prüfprotokoll, das den Funktionstest dem Modul zuordnet.
Handarbeitsplatz und Prüfstand: wo das Handlesegerät die ehrliche Antwort ist
Es gibt Stationen, an denen eine feste Kamera die falsche Antwort ist. Am Handarbeitsplatz hält der Werker das Teil, die Codelage ist nie gleich, und ein Gerät über der Station sieht den Code nur zufällig. In einer dokumentierten Linie standen 15 Förderbänder zehn Handarbeitsplätzen gegenüber, an denen Etikettencodes von Hand erfasst werden. An einem Platz mit geschäumten Bauteilen, darunter ein Hartschaum-Platzhalter für die Batterie, las ein DPM-tauglicher AI-Handscanner der Modellreihe HR-X die vierstellige Fertigteilnummer sicher, weil die Codelage dort nicht reproduzierbar ist. Vier Plätze wurden so ausgestattet.
Eine Variante davon ist die feste Präsentationslesung. Der Werker nimmt das Teil aus der Kiste, hält es vor das Gerät und legt es ins Modul; dass der Winkel dabei etwas schwankt, muss die Auslegung vertragen. Braucht der Werker mehr als eine Rückmeldung, also Anzeige, App und Buchung im übergeordneten System, wechselt die Geräteklasse zum mobilen Computer der Modellreihe BT-A700 oder zum kompakteren BT-A600. Sind am Prüfstand neben dem Code auch Typenschild, Klarschrift und Vollständigkeit zu erfassen, übernimmt das eine All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS, bei mehreren Kameras an einem Controller die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G.
Häufige Fragen
F Wie viele Lesestellen braucht eine Modul- und Packlinie?
A
In dokumentierten Batterielinien liegt die Spanne bei zwölf bis achtundzwanzig stationären Lesegeräten, ergänzt um etwa fünf bis sieben Handlesegeräte. Gelesen wird beim Laden des leeren Gehäuses, beim Zuführen der Zellen, nach dem Markieren, an Umsetzstationen und an den Funktionsprüfständen am Linienende. Wie viele Stellen wirklich nötig sind, ergibt sich aus der Frage, an welchen Punkten die Zuordnung von Bauteil und Träger verloren gehen könnte.
F Wie legt man Sichtfeld und Leseabstand für einen DMC richtig aus?
A
Drei Größen gehören zusammen: der Leseabstand, die Zellgröße des Codes und die Fläche, über die die Codeposition streut. Ein Sichtfeld, in dem der Code gerade eben Platz hat, ist zu klein; in der Anwendungspraxis werden 10 bis 15 mm Reserve rundum angesetzt. Mehr Sichtfeld entsteht entweder über größeren Abstand oder über ein Weitwinkelmodell, das Kabel und Halterung unverändert lässt.
F Was tun, wenn mehrere Codes im Sichtfeld liegen?
A
Zuerst festlegen, welcher Code der richtige ist, und diese Regel in die Spezifikation schreiben. Danach entweder mechanisch trennen, sodass jedes Gerät nur einen Code sieht, oder die Auswahl im Lesegerät treffen. Geräte der Modellreihe SR-5000 liefern zu jedem gefundenen Code Eckkoordinaten und Leserate und erfassen mehrere Codes in einer Lesung, sodass die Position über die Zuordnung entscheiden kann.
F Warum wird ein Code nach dem Lackieren plötzlich nicht mehr gelesen?
A
Lack, Folie und Beschichtung nehmen dem Code die Kontrastkanten, und spiegelnde Oberflächen werfen die Beleuchtung als Blendfleck zurück. Dagegen helfen Polarisationsfilter, automatisches Tuning am Originalteil und je Oberflächenzustand ein eigener Parametersatz. Wichtig ist, den Lesetest an Teilen zu machen, die den echten Prozess durchlaufen haben, weil sich Farbe und Glanz sonst nicht abbilden lassen.
F Wann ist ein Handlesegerät besser als eine feste Lesestelle?
A
Immer dann, wenn die Codelage nicht reproduzierbar ist, etwa am Handarbeitsplatz, bei Nacharbeit oder an Prüfständen mit wechselnden Bauteilen. Der DPM-taugliche AI-Handscanner der Modellreihe HR-X liest direktmarkierte Codes auf Metall und Kunststoff. Braucht der Werker Anzeige, App und Buchung, ist ein mobiler Computer der Modellreihe BT-A700 oder BT-A600 die passende Geräteklasse.
F Wie kommt das Leseergebnis in Steuerung und Prüfprotokoll?
A
Stationäre Lesegeräte melden den Codeinhalt über EtherNet/IP nativ an die Steuerung, Geräte der Modellreihen SR-X und SR-5000 auch über PROFINET. Für EtherCAT an Geräten der Modellreihen SR-X und SR-2000 sowie für PROFINET an der Modellreihe SR-2000 stehen die Kommunikationseinheiten SR-EC1 und SR-PN1 bereit. Sinnvoll ist, den Übereinstimmungswert von 1 bis 100 mitzuführen, den Geräte der Modellreihe SR-X und SR-2000 ausgeben. Am Prüfstand wird dieser Wert zusammen mit dem Code in das Prüfprotokoll geschrieben, das den Funktionstest dem Modul zuordnet.
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