Wenn Zehntelmillimeter die Variante entscheiden: Sortieren nach Maß in der Metallbearbeitung

Zwei Stanzringe aus derselben Familie, gleiche Kontur, gleicher Werkstoff, und doch zwei Varianten: Der einzige verlässliche Unterschied ist ein Maß von etwa 0,1 mm. Diese Konstellation wiederholt sich in der Metallbearbeitung bei Ringen, Scheiben, Drehteilen, Stanzbändern und Blechplatinen unterschiedlicher Dicke. In dokumentierten Anwendungen reichen die Aufgaben von zwei bis zu rund 70 Varianten, deren Typen sich weder über ein Lochbild noch über eine Prägung trennen lassen, sondern allein über Durchmesser, Höhe, Dicke oder Breite.

Dieser Beitrag zeigt, wie sich solche Varianten im Takt der Linie trennen lassen. Er beginnt bei der Frage, welche Genauigkeit die Sortierentscheidung wirklich braucht, führt über Durchlichtmessung, Profilsensorik und Einzelmaßprüfung und endet bei der Übergabe der Messdaten an SPS und Qualitätssicherung. Er ergänzt den Hauptbeitrag zur Variantenunterscheidung in der Blechverarbeitung um den Fall, in dem die Geometrie fast identisch ist und die Erkennungsaufgabe zur Messaufgabe wird.

Wichtige Punkte im Überblick

Wenn der einzige verlässliche Unterschied ein Maß von etwa 0,1 mm ist, wird aus der Erkennungsaufgabe eine Messaufgabe, in dokumentierten Anwendungen bei zwei bis rund 70 Varianten.
Lehre und Stichprobe scheitern an der Variantengrenze, weil die Stichprobe nur einen Bruchteil der Teile erfasst und die Handmessung keinen Datensatz als Nachweis hinterlässt.
Die Messung muss deutlich feiner auflösen als der Abstand der beiden ähnlichsten Varianten: In dokumentierten Anwendungen führen Typabstände um 0,1 mm auf geforderte Genauigkeiten von wenigen Mikrometern bis zu einigen Hundertsteln.
Das Messprinzip folgt der Lage des trennenden Maßes: Durchlichtmessung für Maße in der Silhouette, Profilmessung für Höhenmerkmale am laufenden Band und ein einzelner Messtaster oder ein optisches Mikrometer, wenn ein Maß genügt.
Die 100%-Kontrolle entsteht, wenn jedes Ergebnis über die SPS eine Ausschleusung auslöst und je Teil mit Zeitstempel und Auftragsbezug dokumentiert wird.

Gleiches Teil, anderes Maß: warum Lehre und Stichprobe an der Variantengrenze scheitern

Die klassische Antwort auf ein trennendes Maß ist die Lehre. Eine Schlitzlehre, ein Messschieber oder eine Messuhr am Arbeitsplatz, dazu eine Stichprobe je Charge oder Schicht. In der Anwendungspraxis stößt dieses Vorgehen an drei Grenzen, sobald das trennende Maß in den Bereich von Zehntelmillimetern rückt.

Erstens erfasst die Stichprobe nur einen Bruchteil der Teile. Gerät eine falsche Variante zwischen die richtigen, etwa durch einen vertauschten Behälter oder einen Coilwechsel, bleibt sie mit hoher Wahrscheinlichkeit unentdeckt, bis der Kunde reklamiert. Danach folgt das bekannte Muster: gesperrte Bestände, tagelange Nachsortierung von Hand, und der Endkunde verlangt künftig eine 100%-Kontrolle mit Nachweis.

Zweitens dokumentiert die Handmessung nichts. Selbst wenn der Werker jedes Teil lehren würde, entstünde kein Datensatz, der im Reklamationsfall belegt, welches Teil mit welchem Maß die Linie verlassen hat.

Drittens bindet die manuelle Prüfung erfahrene Mitarbeiter, die im Mehrschichtbetrieb zunehmend fehlen. Wer eine Schlitzlehre sicher handhabt und Grenzfälle richtig einordnet, wird an anderer Stelle gebraucht.

Die naheliegende Alternative, eine eigene Sortiermaschine, scheitert in realen Projekten häufig am Preis. Für eine einzelne Teilefamilie mit überschaubarem Volumen ist eine dedizierte Sortieranlage selten wirtschaftlich. Genau in diese Lücke passt eine inline messende Station an der bestehenden Linie.

Unterscheiden statt vermessen: welche Genauigkeit die Sortierentscheidung wirklich braucht

Vor der Systemauswahl lohnt eine nüchterne Betrachtung der Aufgabe. Sortieren nach Maß ist keine vollständige Maßprüfung. Es genügt, die vorliegende Variante sicher von ihren nächsten Nachbarn zu trennen und Teile auszuschleusen, die zu keiner Variante passen.

Der Maßstab dafür ist der Abstand der beiden ähnlichsten Varianten. Liegen zwei Typen 0,1 mm auseinander, muss die Messung deutlich feiner auflösen als dieser Abstand, damit Fertigungsstreuung, Temperatur und Handhabung die Zuordnung nicht verwischen. In der Anwendungspraxis führen Typabstände um 0,1 mm auf geforderte Genauigkeiten von wenigen Mikrometern bis zu einigen Hundertsteln, je nachdem, wie breit die Toleranzfelder der einzelnen Varianten sind und wie viel Streuung der Prozess selbst beisteuert.

Zwei Konsequenzen folgen daraus. Ein Teil, dessen Maß zwischen zwei Varianten liegt, ist keine dritte Variante, sondern n.i.O. und gehört in die gesperrte Box. Und die Messung muss im Takt der Linie funktionieren, auf dem Förderband, am Pressenauslauf oder im Roboterhandling, nicht in einem Messraum mit klimatisierter Umgebung. Diese beiden Anforderungen, Trennschärfe und Taktfähigkeit, bestimmen die Wahl des Messprinzips.

Durchlichtmessung für Stanz- und Drehteile im Takt

Für Stanz- und Drehteile, deren trennendes Maß in der Silhouette liegt, also Außendurchmesser, Innendurchmesser, Konturmaße oder Lochabstände, hat sich die Durchlichtmessung bewährt. Ein Inline Profilprojektor der Modellreihe TM-X5000 durchleuchtet das Teil mit telezentrischem Licht und wertet den Schattenriss aus. Glanz, Ölfilm und Oberflächenzustand, die Auflichtverfahren stören, spielen im Durchlicht kaum eine Rolle, weil nur die Kante zählt.

Für die Sortieraufgabe bringt das Prinzip zwei praktische Vorteile. Mehrere Maße eines Teils werden in einer einzigen Aufnahme erfasst, sodass auch Variantenfamilien trennbar bleiben, bei denen erst die Kombination aus Durchmesser und Konturmaß den Typ festlegt. Und mehrere Teile im Bildfeld lassen sich gleichzeitig messen, was bei kleinen Stanz- und Drehteilen den Takt entspannt.

In der Anwendungspraxis sitzt die Messstation am Auslauf der Presse oder Drehmaschine, im Zuführkanal vor der Montage oder an einer Roboterübergabe. Das Teil wird im Durchlauf oder im kurzen Stillstand erfasst, die Variantenentscheidung fällt in der Auswerteeinheit, und das Ergebnis steht der Steuerung zur Verfügung, bevor das Teil die Weiche erreicht.

Profil und Höhe auf dem Band: Laser-Profilsensoren als Sortierkriterium

Nicht jedes trennende Maß liegt in der Silhouette. Bei Umformteilen unterscheidet oft die Höhe einer Prägung, die Tiefe eines Zugs oder ein Bord die Varianten, also Merkmale, die im Durchlicht unsichtbar bleiben. Hier setzt die Profilmessung an: Ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 projiziert eine Laserlinie auf das vorbeilaufende Teil und erfasst daraus das Höhenprofil, Profil für Profil, während das Band läuft.

Aus dem Profil lassen sich die sortierrelevanten Größen direkt ableiten. Die Höhe eines Rings, der Querschnitt einer Sicke, die Dicke an einer definierten Stelle oder das Vorhandensein einer flachen Fase, die im Draufblick nicht erkennbar ist. Da der Sensor berührungslos am bewegten Material misst, eignet sich das Prinzip für Förderbänder ebenso wie für Stanzband mit hoher Hubzahl, bei dem sich Varianten in einer Umformstufe unterscheiden.

Ein Nebeneffekt ist in realen Projekten oft willkommen: Dieselbe Profilmessung, die die Variante trennt, erkennt auch Formabweichungen wie fehlende Umformung oder verschlissene Werkzeuge. Die Sortierstation liefert damit ein Frühwarnsignal für den Prozess mit, ohne dass eine zweite Prüfung nötig wäre.

Ein Maß genügt: Dicke und Breite mit Tastern und Mikrometern unterscheiden

Wenn ein einziges Maß die Varianten trennt, darf die Lösung einfacher ausfallen als ein bildgebendes System. Zwei Fälle kehren in den Anwendungsdaten wieder.

Der erste ist die Dicke. Blechplatinen, Scheiben oder Blechpakete, deren Varianten sich nur in der Materialstärke unterscheiden, lassen sich mit hochpräzisen digitalen Messtastern der Modellreihe GT2 trennen. Der Taster berührt das aufliegende Teil an einer definierten Stelle, liefert den Höhenwert an die Steuerung, und die Variantenentscheidung ist eine einfache Schwellenfrage. Zwei gegenüberliegende Taster erfassen die Dicke unabhängig von der Auflage.

Der zweite Fall ist die Breite von Band und Coil. Läuft gewalztes oder gespaltenes Band in die Linie, trennt ein optisches Mikrometer die Breitenvarianten berührungslos im Durchlauf und meldet zugleich, wenn das Band aus der Toleranz läuft.

Solche Ein-Maß-Lösungen haben einen doppelten Reiz. Sie sind schnell integriert und leicht zu warten, und sie machen die Sortierentscheidung für das Anlagenpersonal nachvollziehbar, weil ein einzelner Zahlenwert über i.O. und n.i.O. bestimmt. Erst wenn mehrere Maße oder Formmerkmale zusammen den Typ festlegen, lohnt der Schritt zum messenden 2D- oder Profilsystem.

100%-Kontrolle mit Dokumentation: Messdaten an SPS und Qualitätssicherung übergeben

Die Messung allein sortiert noch nichts. Der Nutzen entsteht, wenn jedes Ergebnis eine Aktion auslöst und einen Datensatz hinterlässt.

Für die Aktion gilt dasselbe wie bei jeder Variantenprüfung: Das Ergebnis, Variantennummer oder i.O./n.i.O.-Entscheidung, geht über Profinet, EtherCAT oder digitale Ausgänge an die SPS, die eine Weiche, eine Ausblasdüse oder den Pressenstopp ansteuert. Falsche und unklare Teile landen in einer gesperrten n.i.O.-Box statt im Versandbehälter.

Für die Dokumentation hat sich in realen Projekten bewährt, je Teil den Messwert mit Zeitstempel und Auftragsbezug mitzuschreiben. Aus der Prüfung wird so ein Nachweis: Die Qualitätssicherung kann im Reklamationsfall belegen, welche Maße die ausgelieferten Teile hatten, und Endkunden, die nach einem Vorfall eine 100%-Kontrolle fordern, erhalten sie samt Datenspur. Die Messdatenreihe zeigt zudem Trends, etwa eine langsam driftende Dicke nach einem Werkzeugwechsel, bevor daraus n.i.O.-Teile werden.

Damit schließt sich der Kreis zur Wirtschaftlichkeit. Eine inline messende Sortierstation an der bestehenden Linie ersetzt die abgelehnte Sortiermaschine, entlastet die Handmessplätze und liefert die Dokumentation, die Lehre und Stichprobe nie leisten konnten.

Häufige Fragen

F Wie sortiert man Metallteile, die sich nur um 0,1 mm unterscheiden?

Varianten mit einem Typabstand um 0,1 mm werden inline gemessen statt gelehrt. Liegt das trennende Maß in der Silhouette, misst ein Inline Profilprojektor der Modellreihe TM-X5000 im Durchlicht; liegt es in der Höhe, erfasst ein Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 das Profil am laufenden Band. Die Variantenentscheidung geht an die SPS, die falsche Teile ausschleust.

F Welche Genauigkeit braucht die Sortierentscheidung wirklich?

Die Messung muss deutlich feiner auflösen als der Abstand der beiden ähnlichsten Varianten. In der Anwendungspraxis führen Typabstände um 0,1 mm auf geforderte Genauigkeiten von wenigen Mikrometern bis zu einigen Hundertsteln, abhängig von Toleranzfeldern und Prozessstreuung. Teile, deren Maß zwischen zwei Varianten liegt, gelten als n.i.O. und werden gesperrt.

F Warum reichen Lehre und Stichprobe an der Variantengrenze nicht aus?

Eine Stichprobe erfasst nur einen Bruchteil der Teile, sodass einzelne vermischte Varianten bis zur Reklamation unentdeckt bleiben. Handmessungen hinterlassen zudem keinen Datensatz, der im Streitfall belegt, welches Teil mit welchem Maß ausgeliefert wurde. Eine Inline-Messstation prüft jedes Teil im Takt und dokumentiert das Ergebnis.

F Wann genügt ein einzelner Messtaster statt eines Kamerasystems?

Wenn ein einziges Maß die Varianten trennt, etwa die Dicke von Platinen oder die Breite eines Bands. Messtaster der Modellreihe GT2 erfassen die Dicke am aufliegenden Teil, optische Mikrometer die Bandbreite berührungslos im Durchlauf. Erst wenn mehrere Maße oder Formmerkmale zusammen den Typ festlegen, lohnt ein messendes 2D- oder Profilsystem.

F Was hat die Durchlichtmessung anderen Verfahren voraus?

Im Durchlicht zählt nur die Kante des Schattenrisses, sodass Glanz, Ölfilm und Oberflächenzustand das Ergebnis kaum beeinflussen. Mehrere Maße eines Teils und mehrere Teile im Bildfeld werden in einer Aufnahme erfasst, was den Linientakt entspannt. Das eignet sich für Stanz- und Drehteile, deren trennende Maße in Durchmesser und Kontur liegen.

F Wie wird die 100%-Kontrolle gegenüber dem Kunden nachgewiesen?

Je Teil wird der Messwert mit Zeitstempel und Auftragsbezug protokolliert und an die Qualitätssicherung übergeben. Im Reklamationsfall lässt sich damit belegen, welche Maße die ausgelieferten Teile hatten, und geforderte 100%-Prüfungen erhalten eine lückenlose Datenspur. Dieselben Daten zeigen Maßdrifts, etwa nach einem Werkzeugwechsel, bevor n.i.O.-Teile entstehen.

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