Sortieren und Typunterscheidung in der Kunststoff- und Gummiverarbeitung: das passende Prüfsystem auswählen

Ein Spritzgussteil kann vollkommen in Ordnung sein und trotzdem einen Schaden auslösen. Es genügt, dass es an der falschen Stelle liegt: ein Insert der Vorgängerversion, das umspritzt wird, ein linkes Teil in einer rechten Vorrichtung, eine Dichtung in der falschen von zwei Farben. Solche Verwechslungen fallen im Werk oft nicht auf, weil kein einziges Merkmal fehlerhaft ist. Sichtbar werden sie beim Kunden, und dann als Reklamation über eine ganze Charge. Dieser Leitfaden ordnet das Feld der Typunterscheidung in der Kunststoff- und Gummiverarbeitung und führt über zwei Fragen zur passenden Systemklasse, vom Vision-Sensor in der Vorrichtung bis zur 3D-Robot-Vision an der Gitterbox.

Wichtige Punkte im Überblick

Ein Spritzgussteil kann vollkommen in Ordnung sein und trotzdem einen Schaden auslösen, wenn es die falsche Variante ist: Verwechslungen fallen im Werk oft nicht auf und werden erst beim Kunden als Reklamation über eine ganze Charge sichtbar.
Eine Verwechslung ist dort billig, wo sie entsteht, und teuer, wo sie auffällt: Nach dem Umspritzen, Verpressen oder Verschweißen gibt es keinen Rückweg, und die Sortieraktion beim OEM übersteigt den Wert der Teile um ein Vielfaches.
Die erste Weiche der Systemwahl ist das Merkmal, an dem sich der Typ festmachen lässt: ein geometrisches Detail im Bild, die Farbe, eine Beschriftung oder ein Code, oder eine Geometrie außerhalb der Bildebene.
Die zweite Weiche ist der Ort der Entscheidung: In der Vorrichtung liegt das Teil definiert, auf dem Band kommt die Lage hinzu, im Greifer fällt die Typentscheidung zusammen mit dem Handling, und der Wareneingang wird als vierter Ort oft übersehen.
Teilevielfalt wird über Gruppierung beherrscht: Häufig genügt ein Prüfprogramm pro Obervariante, und der Programmwechsel sollte von der Steuerung angestoßen werden, damit der vergessene Wechsel beim Rüsten entfällt.

Wenn nicht die Qualität, sondern die Verwechslung das Problem ist

Die meisten Prüfprojekte in der Kunststoffverarbeitung beantworten die Frage: Ist das Teil gut? Dieser Leitfaden beantwortet eine andere: Ist es das richtige Teil, und liegt es richtig? Ein Fehler entsteht im Prozess und lässt sich am Teil sehen. Eine Verwechslung entsteht im Rüstvorgang, in einer Anlieferung oder beim manuellen Einlegen, und das Teil selbst verrät sie nicht.

Zur Typunterscheidung gehören die Kontrolle der Variante vor einem Fügeschritt, die Rechts-Linksteilerkennung, Lagerichtigkeit und Verdrehwinkel, die Unterscheidung über Farbe, Beschriftung oder Code sowie die sortenreine Entnahme und Ablage durch einen Roboter. Zwei benachbarte Aufgaben bleiben außen vor. Die Bewertung von Grat, Überspritzung und Einschlüssen ist Gegenstand der Oberflächen- und Defektprüfung an Kunststoff- und Gummiteilen. Ob ein Element vorhanden und vollständig ist, behandelt die Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung in der Kunststoff- und Gummiverarbeitung. Wer die Aufgaben sauber trennt, vermeidet eine Station, die drei Probleme halb löst statt eines ganz.

Die Kostenkette einer Verwechslung: vom falschen Insert bis zur Reklamation beim OEM

Eine Verwechslung ist dort billig, wo sie entsteht, und teuer, wo sie auffällt. Solange das falsche Teil lose vorliegt, kostet es nichts außer einem Griff. Sobald es umspritzt, verpresst oder verschweißt ist, gibt es keinen Rückweg, und das gesamte Bauteil samt aller anderen Komponenten ist Ausschuss. Läuft die Verwechslung weiter, wird aus dem Bauteil eine Baugruppe und aus der Baugruppe eine Lieferung. In dokumentierten Anwendungen ist die Sortieraktion beim OEM der Punkt, an dem die Kosten den Wert der Teile um ein Vielfaches übersteigen.

Auf der anderen Seite der Rechnung steht die bisherige Kontrolle. Oft gibt es keine, weil die Verwechslung als unwahrscheinlich gilt, bis sie zum ersten Mal eintritt. Sonst vergleicht ein Werker das Teil gegen eine Zeichnung. In realen Projekten sind für eine einzige Hochvolumen-Position mehrere Prüfkräfte pro Tag im Einsatz, verteilt über zwei oder drei Schichten, und genau diese Stellen lassen sich zunehmend nicht besetzen. Mechanische Lehren erkennen, dass ein Teil zu groß ist, aber nicht, dass es der falsche Typ in derselben Größe ist.

Woran der Typ erkennbar ist: Merkmal, Farbe, Beschriftung oder Geometrie

Die erste Weiche bei der Systemwahl ist die Frage, woran sich der Typ überhaupt festmachen lässt. Vier Antworten kommen vor.

Ein geometrisches Merkmal im Bild: eine zusätzliche Bohrung, eine andere Kontur, eine Rippe. Das ist der günstigste Fall. Ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 in der Vorrichtung reicht häufig aus, mit einem einfachen iO/niO-Signal an die Steuerung.
Farbe: Gummiringe, Filterkappen und Zierteile unterscheiden sich manchmal nur in einem Rot- oder Grünstich. Hier entscheiden Beleuchtung und Auswertung, nicht die Auflösung. All-in-One Kameras mit integrierter AI der Modellreihe VS bewerten Farbe zusammen mit Position und Kontur, und wo ein Farbunterschied im normalen Licht nicht trennbar ist, hilft eine multispektrale Beleuchtung mit acht Wellenlängen von UV bis IR.
Beschriftung und Code: Klarschrift, Nestnummer, Datamatrix oder 1D-Code sagen den Typ direkt. Modulgröße und Zeichenhöhe bestimmen dann die Auflösung. Für reines Lesen und Protokollieren genügen AI-Codeleser der Modellreihe SR-X, für die Kombination aus OCR, Farbe und Kontur eine All-in-One Kamera der Modellreihe VS.
Geometrie außerhalb der Bildebene: Wenn zwei Typen sich um etwa einen Millimeter in der Höhe unterscheiden oder eine Dichtlippe vorhanden aber nicht sitzt, liefert ein Kamerabild kein sicheres Signal. Dann arbeiten 2D/3D Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000, 3D Laser-Snapshot-Sensoren der Modellreihe LJ-S8000 oder bildbasierte Höhenvergleichssensoren der Modellreihe IX.

Wer das kleinste unterscheidende Merkmal benennen kann, hat die Systemklasse fast schon bestimmt.

Wo die Entscheidung fällt: Vorrichtung, Band oder Greifer

Die zweite Weiche ist der Ort der Entscheidung, und er bestimmt, wie viel Lagetoleranz das System tragen muss.

In der Vorrichtung liegt das Teil definiert. Bildfeld und Arbeitsabstand sind bekannt, in dokumentierten Anwendungen von etwa 30 x 20 mm bei kleinen Buchsen bis 500 x 300 mm bei Rahmen und Platten, bei Arbeitsabständen von rund 60 mm in der Zelle bis 900 mm über einem Rundtisch. Das ist der Fall für einen AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 oder, wenn mehrere Merkmale und viele Varianten zusammenkommen, für eine All-in-One Kamera der Modellreihe VS.

Auf dem Band liegt das Teil in einer Ebene, aber in beliebiger Position und Drehlage. Jetzt muss das System nicht nur den Typ nennen, sondern auch die Lage. Dafür eignet sich 2D VGR auf All-in-One Kameras der Modellreihe VS oder auf der High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G, wenn Bildfeld oder Kameraanzahl größer werden.

Im Greifer fällt die Entscheidung zusammen mit dem Handling. Teile liegen ungeordnet in Gitterboxen und Kartons, bis zu Europalettenformat und Stapelhöhen um 1,2 m. Hier arbeiten Kameras für 3D Robot Vision (RB-500, RB-800, RB-1200) auf der Plattform der Modellreihe CV-X, die Position und Lage jedes greifbaren Teils aus der Szene ableiten und dem Roboter eine Greifpose übergeben; der Messbereich des gewählten Modells begrenzt dabei die Tiefe, die eine Kameraposition abdeckt. Die Typunterscheidung selbst ist ein eigener Schritt nach der Entnahme. Details dazu behandelt der Beitrag "Sortenreine Teilebereitstellung mit Robot Vision: greifen, prüfen und typrichtig ablegen".

Der Wareneingang wird als vierter Ort oft übersehen. Wird die falsche Variante angeliefert, kommt jede Prüfung in der Fertigung zu spät. Etikettenlesung, Lagenzählung und Farbkontrolle von Granulat gehören deshalb in dasselbe Konzept.

Teilevielfalt beherrschen: Varianten gruppieren statt Programme vervielfachen

Spritzguss erzeugt Vielfalt. In der Anwendungspraxis reichen die Variantenzahlen von zwei bis zu mehreren Dutzend, in Einzelfällen in den unteren dreistelligen Bereich, und typisch ist eine Struktur aus wenigen Obervarianten mit jeweils vielen Untervarianten. Der naive Weg lautet: ein Prüfprogramm pro Variante. Er endet in einer Programmlandschaft, die niemand mehr pflegt.

Der tragfähige Weg beginnt mit einer Gruppierung. Häufig unterscheiden sich Untervarianten in Merkmalen, die für den Prozessschritt irrelevant sind. Dann genügt ein Programm pro Obervariante, das genau das eine kritische Merkmal prüft. Ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 hält bis zu 128 Programme vor und reicht für viele Stationen. Wird die Zahl der Prüfprogramme wirklich groß, gehört die Aufgabe auf die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G mit strukturierter Programmverwaltung.

Ebenso wichtig ist der Programmwechsel. Wird er von der Steuerung angestoßen, entfällt die häufigste Fehlerquelle, nämlich der vergessene Wechsel beim Rüsten. Wo die Anlage die Variante nicht kennt, kann eine KI-gestützte Erkennung sie aus dem Bild ableiten. Wie sich das in einer Montagelinie umsetzen lässt, zeigt der Beitrag "Variantenunterscheidung vor der Montage: Verwechslungen bei hoher Teilevielfalt ausschließen".

Schwarz, glänzend, transparent: warum das Material die Systemwahl mitbestimmt

Kunststoff und Gummi arbeiten gegen den Sensor. Mattschwarzes Polymer liefert kaum Kontrast. Hochglänzende Formteile werfen jede Lichtquelle als Blende ins Bild. Transparente und transluzente Teile zeigen im Auflicht fast nichts und werden erst im Durchlicht sichtbar. Gummi bringt Grat und Fusseln mit, die eine regelbasierte Auswertung als Merkmal missversteht.

Drei Hebel wirken dagegen. Der erste ist die Beleuchtung: Durchlicht für transparente Teile und Außenkonturen, Domlicht für glänzende Oberflächen, Polfilter gegen Reflexe auf schwarzem Polymer, für den AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 als Zubehör verfügbar. Der zweite ist die KI. Werkzeuge wie AI Identify und AI Count auf dem AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 sowie die AI-Klassifizierung auf All-in-One Kameras der Modellreihe VS beherrschen wechselndes Fremdlicht, Verschmutzung und schwankende Hintergründe, an denen feste Schwellwerte scheitern. Der dritte ist der Wechsel des Messprinzips. Wo Farbe und Kontrast nicht tragen, trägt oft die Höhe, wie der Beitrag "Höhe und Profil als Sortiermerkmal: Kunststoff- und Gummitypen mit 3D-Sensorik trennen" zeigt.

Ein Nebenschauplatz begleitet fast jedes Projekt mit Granulat und leichten Kleinteilen: elektrostatische Aufladung zieht Staub an und verändert das Handling. Ionisatoren der Modellreihe SJ sind hier die flankierende Maßnahme zur Kamera.

Vom Musterteil zur Serienprüfung: Machbarkeit, Grenzmuster, Taktzeit und Schnittstelle

Zwischen der Idee und der abgenommenen Station liegt die Machbarkeit, und die wird an realen Teilen entschieden, nicht an Zeichnungen. Dazu gehören Musterteile aller Varianten mit Grat, Trennmittel und Handhabungsspuren, physische Grenzmuster sowie eine klare Aussage, welches Merkmal die Varianten trennt.

Danach zählt die Integration. Die Taktzeit spannt in dokumentierten Anwendungen einen weiten Rahmen, von etwa 0,2 s pro Teil an schnellen Kontrollstationen bis zu rund 67 s an langsamen Montagelinien. Die Anbindung an die Steuerung läuft üblicherweise über PROFINET, EtherCAT, EtherNet/IP oder digitale Ein- und Ausgänge, und zwar in beide Richtungen: Ergebnis und Variantennummer heraus, Programmnummer und gegebenenfalls der Prüfbereich hinein. Wo Rückverfolgbarkeit gefordert ist, gehört die Speicherung von Bild und Ergebnis von Anfang an ins Lastenheft.

Bewährt hat sich der Weg über eine Pilotstation. Wer die erste Station als wiederholbaren Baustein plant, mit übertragbaren Prüfprogrammen und dokumentierten Grenzmustern, macht aus einer Einzelmaßnahme einen Standard für die Fertigung.

Häufige Fragen

F Wie verhindert man, dass die falsche Variante montiert oder umspritzt wird?

Die Kontrolle muss vor dem irreversiblen Schritt sitzen. Ein Prüfsystem erkennt, welcher Typ in der Vorrichtung liegt, und gibt der Steuerung ein Freigabesignal, bevor umspritzt, verpresst oder verschweißt wird. Für binäre Entscheidungen genügt oft ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4, bei mehreren Merkmalen und vielen Varianten eine All-in-One Kamera der Modellreihe VS.

F Woran erkennt ein System den Typ, wenn zwei Varianten gleich aussehen?

Sind zwei Varianten geometrisch identisch, bleiben Farbe, Beschriftung und Code als Merkmal. Ist der Unterschied nur eine Höhe von wenigen Zehntelmillimetern, führt der Weg zu Laser-Profilsensoren oder Höhenvergleichssensoren. Ein Kamerabild allein liefert in diesem Fall kein sicheres Signal.

F Wie viele Prüfprogramme braucht eine Station mit vielen Varianten?

Deutlich weniger als es Varianten gibt, wenn vorher gruppiert wird. In der Anwendungspraxis lassen sich viele Untervarianten unter einer Obervariante mit demselben Programm prüfen, weil sich nur ein prozessrelevantes Merkmal unterscheidet. Ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 hält bis zu 128 Programme vor, und der Programmwechsel sollte von der Steuerung angestoßen werden.

F Kann ein System gleichzeitig den Typ prüfen und den Roboter führen?

In Handhabungszellen ist das der Normalfall. Das System lokalisiert das Teil, bestimmt Drehlage und Typ und übergibt dem Roboter eine Greifpose. Liegen die Teile ungeordnet in tiefen Behältern, arbeiten Kameras für 3D Robot Vision auf der Plattform der Modellreihe CV-X, liegen sie in einer Ebene, genügt 2D VGR auf einer All-in-One Kamera der Modellreihe VS.

F Wie geht ein Prüfsystem mit mattschwarzen und glänzenden Spritzgussteilen um?

Über Beleuchtung und KI. Polfilter nehmen glänzendem schwarzem Polymer die Reflexe, Domlicht vereinheitlicht spiegelnde Oberflächen, und Durchlicht macht Konturen an transparenten Teilen sichtbar. Streut das Erscheinungsbild trotzdem, trennen KI-Werkzeuge wie AI Identify auf dem AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 zulässige Streuung von echter Abweichung.

F Was gehört in einen Machbarkeitstest für eine Typunterscheidung?

Musterteile aller Varianten im realen Zustand, physische Grenzmuster und die Angabe, welches Merkmal die Varianten trennt. Dazu die Eckdaten: Taktzeit, Bildfeld, Arbeitsabstand, Bauraum, Variantenzahl und Schnittstelle. Darauf lassen sich Erkennungssicherheit und Pseudoausschuss nachweisen, bevor die Station ausgelegt wird.

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