Stanzteile automatisiert vermessen: Von der Schlitzlehre zur 100%-Inline-Konturmessung

In der Stanzfertigung bestimmt die Taktzeit die Prüfstrategie. Läuft ein Werkzeug im Schnelllauf, entstehen zwischen zwei Stichproben große Stückzahlen. Damit steigt das Risiko, im Fehlerfall eine komplette Charge ohne verlässliche Prüfung zu produzieren. Klassische Prüfmittel wie Schlitzlehren oder provisorische Lupenstationen stammen aus einer Zeit, in der Stichprobe und Sichtprüfung ausreichten. Bei heutigen Hubzahlen und Dokumentationsanforderungen ist das häufig nicht mehr ausreichend.

Dieser Beitrag richtet sich an Qualitäts- und Fertigungsverantwortliche in Stanzereien und Stanzbiegebetrieben. Er zeigt, wo manuelle Lehrenprüfung an ihre Grenzen stößt, welche Merkmale an Stanzteilen inline messbar sind und wie telezentrische Bildmesstechnik sowie Laser-Profilsensoren den Übergang von der Stichprobe zur lückenlosen 100-Prozent-Prüfung ermöglichen. Ergänzend wird eine offline dokumentierende Stichprobe beschrieben, mit der sich Werkzeugverschleiß frühzeitig nachvollziehen lässt.

Wichtige Punkte im Überblick

Bei 120 bis 250 Hüben pro Minute entstehen zwischen zwei manuellen Stichproben mehrere Tausend Teile, und Schlitzlehre wie Sichtprüfung liefern dabei kein dokumentiertes Ergebnis.
Das telezentrische Messgerät der Modellreihe TM-X5000 liefert dank Verzeichnungskorrektur ein maßstabsstabiles Bild und prüft die Kontur bewegter Teile in Echtzeit.
Für Ebenheit, Höhenversatz, Grat und anhaftende Butzen erfassen Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 die dritte Dimension, stabil von schwarzen bis glänzenden Oberflächen.
Die quantitative Grathöhenmessung bis in den Bereich um 10 µm übernimmt ein flächiges 3D-Profilometer, nicht der schnelle Inline-Profilsensor.
Eine dokumentierende Offline-Stichprobe mit einem Bildmessgerät liefert SPC-Daten, die Werkzeugverschleiß frühzeitig anzeigen und vorausschauende Werkzeugwechsel ermöglichen.

Die Grenzen von Schlitzlehren und manueller Stichprobe im Schnelllauf

Die Prüfung mit der Schlitzlehre ist schnell verfügbar und kostengünstig, bleibt jedoch stark anwenderabhängig. Sie liefert kein quantitatives Messergebnis, sondern lediglich ein „passt“ oder „passt nicht“, und erzeugt keine belastbare Dokumentation. Selbstgebaute Lupen- und Sichtstationen verlagern die Entscheidung vom Messmittel auf die subjektive Beurteilung. Ob ein Grat zu hoch ist oder eine Kontur zu eng ausfällt, hängt dann von Erfahrung, Beleuchtung und Tagesform ab.

Der entscheidende Engpass ist die Taktzeit. In dokumentierten Anwendungen laufen Stanzwerkzeuge typischerweise mit 120 bis 250 Hüben pro Minute. Werden manuelle Stichproben in der Praxis etwa alle 30 Minuten entnommen, entstehen zwischen zwei Prüfungen schnell mehrere Tausend Teile. Verschlechtert sich der Prozess kurz nach einer Stichprobe, etwa durch beginnenden Werkzeugverschleiß oder einen anhaftenden Butzen, wird der Fehler erst bei der nächsten Prüfung erkannt. Die Teile dazwischen sind im Zweifel Ausschuss oder müssen aufwendig nachsortiert werden.

Vollautomatische Sortiermaschinen können das Problem grundsätzlich lösen, sind in der Praxis jedoch häufig zu teuer oder mechanisch ungeeignet. Flache Stanzteile mit größeren Abmessungen lassen sich nur selten als Schüttgut in klassischen Sortierautomaten verarbeiten. Genau diese Lücke zwischen „zu groß für den Sortierautomaten“ und „zu schnell für manuelle Prüfung“ schließt Inline-Messtechnik, die direkt an der Presse oder am nachgelagerten Band prüft.

Was inline zu messen ist: Kontur, Dicke, Lochbild, Säbeligkeit

Bevor die Technik ausgewählt wird, lohnt der Blick auf das Fehlerspektrum. An Stanz- und Stanzbiegeteilen sind es typischerweise vier Merkmalsgruppen, die inline überwacht werden sollen:

Außen- und Innenkontur (AD/ID): Durchmesser, Breiten, Abstände und Formmerkmale der gestanzten Kontur, der klassische Anwendungsfall für die maßliche Prüfung.
Materialdicke und Lochbild: Anwesenheit und Position von Löchern, Ausbrüchen und Prägungen; fehlende oder versetzte Löcher sind ein häufiges Fehlerbild bei Werkzeugproblemen.
Ebenheit und Coil-Krümmung: Die als „Säbeligkeit" bekannte seitliche Krümmung von Bandmaterial sowie Höhenversatz und Verzug an Biegeteilen.
Butzen (Slug-Erkennung): Am Werkzeug anhaftende oder in die Matrize zurückgezogene Stanzbutzen sind eine eigenständige Prüfaufgabe, ein einziger übersehener Butzen kann das Folgeteil und das Werkzeug beschädigen.

Diese Merkmale verteilen sich auf zwei physikalisch unterschiedliche Messwelten: die maßliche Prüfung der Silhouette in der Ebene (Kontur, Durchmesser, Lochabstände) und die Erfassung der dritten Dimension (Ebenheit, Höhenversatz, Grat, Butzen). Beide lassen sich inline abbilden, mit jeweils passender Sensorik.

Telezentrische Inline-Messung mit TM-X: Konturen ab ±0,1 mm auf dem Band

Für die maßliche Prüfung bewegter Teile ist ein telezentrisches Messsystem wie das TM-X5000 naheliegend. Das doppelt telezentrische Objektiv erzeugt in Verbindung mit verzeichnungsarmer Optik und einer algorithmischen Verzeichnungskorrektur ein maßstabsstabiles Bild. Der abgebildete Durchmesser bleibt damit praktisch konstant, auch wenn das Teil im Messfeld geringfügig näher an der Optik oder weiter von ihr entfernt liegt. Diese Eigenschaft ermöglicht die Messung im Durchlauf in der Fertigungslinie, ohne dass jedes Teil zuvor exakt positioniert werden muss.

In der Anwendung werden Außen- und Innenkonturen, Durchmesser, Breiten und Lochabstände am vorbeilaufenden Teil erfasst und in Echtzeit als OK- oder NOK-Ergebnis bewertet. Die Messgenauigkeit des TM-X5000 liegt deutlich innerhalb typischer Stanztoleranzen. Passungen im Bereich von ±0,1 mm, wie sie in dokumentierten Anwendungen gefordert werden, sind damit zuverlässig abbildbar. So ist die Konturprüfung nicht nur schneller als eine manuelle Lehrenkontrolle, sondern liefert zusätzlich einen dokumentierten Messwert pro Teil statt einer reinen „passt“-Aussage.

Für Variantenwechsel, die in Stanzereien zum Alltag gehören, lassen sich Messprogramme per Rezept umschalten. Die Anbindung an die Liniensteuerung und an Ausschleus- oder Sortiereinrichtungen erfolgt über gängige Feldbusse. Dadurch wird das Messsystem zu einem aktiven Bestandteil der Linie, der fehlerhafte Teile automatisch ausleitet, statt sie nur zu erfassen.

Profilsensoren (LJ-X) am Band: Ebenheit, Grat und Butzen im Pressentakt

Das telezentrische Verfahren erfasst keine Höheninformationen und damit keine dritte Dimension. Für Ebenheit, Höhenversatz, Grat und anhaftende Butzen werden deshalb 2D- und 3D-Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 eingesetzt. Sie projizieren eine Laserlinie auf den Blechstreifen und erzeugen daraus ein Höhenprofil mit mehreren Tausend Messpunkten pro Profil, im Durchlauf und direkt am Band oder unmittelbar hinter dem Stanzwerkzeug.

Damit lassen sich Fehler erkennen, die in einer reinen Silhouettenauswertung nicht sichtbar sind, etwa ein Höhenversatz an der Biegekante, eine Aufwölbung, ein aufstehender Grat oder ein Butzen, der auf dem Teil verbleibt. Für die Stanzfertigung ist zudem die robuste Erfassung auf Metalloberflächen wichtig. Der Sensor arbeitet stabil über ein breites Reflexionsspektrum hinweg, von dunklen bis zu stark glänzenden Oberflächen. Durch die hohe Profilrate lassen sich auch bei typischen Bandgeschwindigkeiten ausreichend dichte Messdaten erfassen, sodass relevante Bereiche nicht zwischen zwei Profilen verloren gehen.

Wenn nicht die Inline-Ausschleusung im Vordergrund steht, sondern die quantitative Bewertung der Grathöhe zur Beurteilung von Werkzeugstandzeiten, eignet sich ein 3D-Profilometer der Modellreihe VR. Es erfasst das Bauteil flächig und quantifiziert Ebenheit, Verzug und Grathöhe über die gesamte Oberfläche. In dokumentierten Anwendungen werden dabei Grathöhen bis in den Bereich von etwa 10 µm ausgewertet. Inline-Profilsensoren für die Prüfung im Takt und flächige Profilometer für die detaillierte Analyse ergänzen sich dadurch sinnvoll.

Offline-Stichprobe mit Bildvermessung (IM-X): Dokumentation und SPC

Auch bei einer 100-Prozent-Inline-Prüfung bleibt eine dokumentierende Stichprobe sinnvoll, allerdings mit einer anderen Zielsetzung. Ein Bildmessgerät der Modellreihe IM-X, beispielsweise IM-X1000, erfasst aufgelegte Stanzteile im Durchlicht und misst per Knopfdruck mehrere Dutzend Merkmale gleichzeitig. Dazu zählen Durchmesser, Abstände, Lochbilder, Radien und Winkel. Die Bedienung ist weitgehend unabhängig vom Anwender. Der Maschinenbediener legt das Teil auf und startet die Messung, ohne messtechnische Vorkenntnisse.

Für die Stanzfertigung ergibt sich daraus ein doppelter Nutzen. Erstens erzeugt jede Messung automatisch einen Prüfbericht mit Toleranzbewertung und damit die Dokumentation, die Kunden zunehmend verlangen. Zweitens liefern die Messwerte die Grundlage für SPC-Auswertungen und Trendanalysen. Verschiebt sich ein Maß über viele Teile schrittweise in Richtung Toleranzgrenze, ist das ein Frühindikator für Werkzeugverschleiß und ermöglicht eine planbare Instandhaltung statt eines reaktiven Eingriffs nach Ausschuss oder Stillstand. Werden die Merkmale offline mit denselben Merkmaldefinitionen geprüft wie inline, entsteht eine konsistente Prüfstrategie über beide Ebenen hinweg.

Praxisanforderungen: Taktzeit, Variantenvielfalt, SPS-Schnittstellen

Die beste Sensorik bringt wenig, wenn die Auslegung nicht zu den tatsächlichen Linienbedingungen passt. Drei Faktoren entscheiden in der Praxis über den Projekterfolg. Erstens der Takt: Nicht Laborbedingungen, sondern Hubzahl und Bandgeschwindigkeit bestimmen die erforderliche Mess- und Auswerterate. Die Messpunktdichte muss so gewählt werden, dass auch die kleinste relevante Abweichung zuverlässig erkannt wird. Zweitens die Variantenvielfalt: Stanz- und Stanzbiegeteile wechseln häufig. Der Wechsel der Messprogramme muss deshalb schnell funktionieren und ohne aufwendiges Einrichten sowie ohne Spezialistenwissen auskommen. Drittens die Integration: Die Messsysteme müssen an SPS und Sortiereinrichtung angebunden sein. Gleichzeitig sollte das Datenlogging von Beginn an mitgeplant werden, als Grundlage für Rückverfolgbarkeit je Charge und für eine belastbare Reklamationsabwehr.

Eine in der Praxis häufig erfolgreiche Lösung ist ein gestuftes Prüfkonzept. Telezentrische Konturmessung übernimmt die maßliche 100-Prozent-Prüfung. Profilsensoren decken 3D-Fehlerbilder und Butzen ab. Eine dokumentierende IM-Stichprobe liefert Prüfbericht und SPC-Daten. So wird die Prüfung an den Entstehungsort der Teile verlagert, und die Stanzerei prüft nicht mehr nachgelagert, sondern im Takt der Fertigung.

Häufige Fragen

F Wie lassen sich Stanzteile im Schnelllauf zu 100 % prüfen?

Die maßliche Kontur wird mit einem telezentrischen Inline-Messsystem wie dem TM-X5000 im Durchlauf erfasst. Es liefert ein maßstabsstabiles Bild bewegter Teile und gibt in Echtzeit ein OK- oder NOK-Ergebnis aus. Für Ebenheit, Grat und anhaftende Butzen ergänzen Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 die Prüfung. Beide Systeme werden in die Steuerung und die Sortiereinrichtung integriert, sodass fehlerhafte Teile automatisch ausgeschleust werden.

F Warum reicht eine Schlitzlehre oder Stichprobe nicht mehr aus?

Die Schlitzlehre liefert lediglich ein „passt“ oder „passt nicht“, ist anwenderabhängig und erzeugt keine Dokumentation. Bei Hubzahlen von 120 bis 250 Hüben pro Minute, wie sie in dokumentierten Anwendungen vorkommen, entstehen zwischen zwei Stichproben schnell mehrere Tausend Teile. Verschlechtert sich der Prozess in diesem Zeitraum, wird der Fehler häufig erst bei der nächsten Prüfung erkannt. Inline-Messtechnik schließt diese Lücke, weil sie jedes Teil erfasst und bewertet.

F Was ist Butzenkontrolle und wie wird sie automatisiert?

Als Butzen werden die beim Stanzen ausgetrennten Materialreste bezeichnet. Wenn sie am Werkzeug oder am Bauteil haften bleiben, können sie Folgebauteile und das Werkzeug beschädigen. Ein 3D-Laser-Profilsensor erkennt anhaftende Butzen über das Höhenprofil im Pressentakt und ermöglicht die automatische Ausschleusung der betroffenen Teile.

F Kann man auf glänzenden, blank gestanzten Oberflächen zuverlässig messen?

Die Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 erfassen zuverlässig ein breites Spektrum metallischer Oberflächen. Sie arbeiten stabil auf dunklen, schwach reflektierenden Bauteilen ebenso wie auf stark glänzenden Oberflächen und decken damit den Bereich von matten Rohteilen bis zu spiegelnden Schnittkanten ab, der bei optischen Messaufgaben häufig kritisch ist.

F Wie hilft die Messtechnik beim Werkzeugverschleiß?

Eine dokumentierende Stichprobe mit einem Bildmessgerät der Modellreihe IM-X liefert SPC-Daten über viele Teile hinweg. Verschiebt sich ein Maß über einen längeren Zeitraum in Richtung Toleranzgrenze, ist das ein Frühindikator für Werkzeugverschleiß. Auf dieser Basis lässt sich der Werkzeugwechsel vorausschauend planen, statt ihn erst nach einem Ausfall reaktiv auszulösen.

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