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

Eine Dichtfläche ist nicht irgendeine Fläche an einem Gussteil. Sie ist die Fläche, an der später eine Zylinderkopfhaube, ein Getriebedeckel oder ein Bremsgehäuse gegen Öl, Kühlmittel oder Bremsflüssigkeit abdichten muss. Eine Pore, die auf einer Sichtfläche ein Schönheitsfehler wäre, ist hier ein Leckpfad. Deshalb unterscheidet sich die Prüfaufgabe in der Motoren- und Getriebefertigung von einer allgemeinen Gussfehlerprüfung in vier Punkten: Das Kriterium schreibt der OEM, es besteht aus Größe und Abstand statt aus Größe allein, es gilt für jedes Teil und nicht für eine Stichprobe, und es gilt über die Laufzeit des Programms. Dieser Leitfaden geht die Stationen in der Reihenfolge durch, in der ein Motor- oder Getriebeteil sie im Werk durchläuft, und benennt die drei Entscheidungen, an denen die dokumentierten Projekte tatsächlich hängen: Kontrast oder Tiefe, feste Station oder vorgehaltenes Teil, und was im Ergebnis stehen muss.

Wichtige Punkte im Überblick

Auf einer Dichtfläche ist eine Pore kein Schönheitsfehler, sondern ein Leckpfad, weshalb der OEM das Kriterium als Paar aus Größe und Abstand vorgibt, in dokumentierten Anwendungen 0,4 mm Porengröße mit 8 mm Mindestabstand, und es für jedes Teil über die Laufzeit des Programms gilt, nicht für eine Stichprobe.
Eine Kamera sieht, was in ihrem Bildfeld liegt: die sechs Außenseiten eines Rohgusses und die Kanalmündungen sind prüfbar, Kanalinnenflächen mit einer Außenaufnahme nicht, und die Unterseite eines Getriebegehäuses erreicht die Station durch eine Öffnung im Träger oder mit einem Roboter, der das Gehäuse vor die Kamera hält.
Ob Kontrast oder Tiefe, entscheidet das Aufnahmeprinzip: Eine Pore in einer gegossenen oder bearbeiteten Fläche ist ein Kontrastfehler, den All-in-One Kameras mit integrierter AI der Modellreihe VS mit einer an echten Fehlerteilen angelernten AI-Segmentierung von der Riefenstruktur trennen, statt beides an einer festen Schwelle zu messen.
Ein Ausbruch an der Kante, eine erhabene Riefe oder eine Schlagstelle auf der geschliffenen Lagerstelle ist eine Tiefe und keine Farbe, weshalb dort 2D/3D Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 arbeiten und die Bewegung von Band, Achse oder drehender Welle für den Scan nutzen.
Der Träger wird nach dem Takt gewählt und das Ergebnis muss mehr als Gut oder Schlecht enthalten: ein Roboter vor der Kamera deckt in dokumentierten Anwendungen fünfzehn Varianten mit einem Bild je Sekunde ab, und die SPS erhält je Fläche und Merkmal einen Befund sowie je Teil ein Bild unter einem vorgegebenen Dateinamen als Nachweis.

Wenn die Fläche dichten muss: warum der OEM Größe und Abstand vorgibt

Auf einer Sichtfläche zählt, ob ein Fehler auffällt. Auf einer Dichtfläche zählt, ob er unter der Dichtung einen Weg nach außen öffnet. Eine einzelne Pore von wenigen Zehntelmillimetern wird von einer Flachdichtung meist überdeckt. Zwei Poren nebeneinander oder eine Lunkerkette entlang der Dichtlinie werden es nicht. Aus diesem Grund kommt das Kriterium in dokumentierten Anwendungen als Paar: eine maximale Porengröße von 0,4 mm und ein Mindestabstand von 8 mm zwischen zwei Poren am Gussteil, ein kleinster relevanter Fehler von 0,3 mm auf der bearbeiteten Fläche einer Zylinderkopfhaube, 0,5 mm an Gehäusen für Bremse und Getriebe.

Das Kriterium gehört dem Kunden, nicht dem Werk. Es steht im Lastenheft oder kommt als Reklamation, und es verlangt in mehreren Fällen ausdrücklich eine 100-%-Lösung über die gesamte Laufzeit des Programms. Der erste Schritt liegt damit vor jeder Kamera: festlegen, welche Flächen am Teil Funktionsflächen sind, welche Größen- und Abstandsregel dort gilt und welche Fehlerklassen unterschieden werden sollen. Nicht jede Fehlerklasse ist an jeder Fläche relevant.

Sechs Seiten, Kanäle und Bohrungen: was eine Kamera sieht und was nicht

Ein Werker dreht das Teil in der Hand und sieht jede Fläche. Eine Kamera sieht, was in ihrem Bildfeld liegt. In den dokumentierten Fällen liegen die Bildfelder je Gehäuse zwischen 250 x 250 mm und 500 x 375 mm, und der Rohguss eines Zylinderkopfs hat sechs Seiten, dazu Kanäle, in die von außen kein Blick hineinreicht. Diese Grenze gehört offen benannt: Kanalinnenflächen lassen sich mit einer Außenaufnahme nicht beurteilen. Was die Station leisten kann, sind die sechs Außenseiten und die Mündungen.

Zwei weitere Stellen tauchen immer wieder auf. Bohrungen mit Dichtflächen an einem Bremsgehäuse, nach einer Reklamation, bei denen der Dichtsitz im Bohrungsgrund und an der Fase auf Poren geprüft werden muss, nicht die Anwesenheit der Bohrung. Und die Unterseite eines Getriebegehäuses, unter die sich heute ein Werker bückt. Für sie gibt es zwei Wege: Die Kamera schaut von unten durch eine Öffnung im Träger, oder ein Roboter hält das Gehäuse vor die Kamera und dreht es.

Rohguss, Sandkern, bearbeitete Fläche: drei Stationen, drei Fehlerbilder

Die Fehlerbilder verteilen sich auf die Stationen. Am Sandkern vor dem Abguss entscheidet ein Ausbruch oder ein Riss im Kern über jedes Teil, das aus ihm entsteht; hier wird heute meist von Hand geprüft. Am Rohguss geht es um Poren, Lunker und Rohstellen auf einer Oberfläche, deren Textur von Charge zu Charge schwankt. An der bearbeiteten Fläche nach dem Waschen öffnet die Zerspanung Poren, die im Rohguss noch verdeckt waren, dazu kommen Riefen aus der Bearbeitung, Ausbrüche an Kanten und Rohstellen, an denen das Werkzeug nicht sauber ausgehoben hat.

Drei Flächen einer Zylinderkopfhaube nach dem Waschen, neun Merkmale an einem bearbeiteten Abgasrückführungsgehäuse einschließlich der Bohrungen, zwei Bohrungen an einem Bremsgehäuse: Die Zahl der Flächen je Teil bestimmt, wie viele Aufnahmen die Station in den Takt legen muss. Ob eine Fläche dabei außerdem eben ist, ist eine Messfrage und gehört in eine andere Station.

Pore oder Ausbruch: Kontrast oder Tiefe entscheidet das Aufnahmeprinzip

Eine Pore in einer bearbeiteten oder gegossenen Fläche ist ein Kontrastfehler: ein dunkler Fleck in einer Fläche, die selbst nicht gleichmäßig ist. Genau darin liegt die Grenze einer festen Schwelle. Eine kontrastbasierte 2D-Auswertung mit festem Grenzwert verliert die Pore, sobald die Textur der guten Fläche mit der Charge wandert, oder sie meldet die Textur selbst als Fehler. All-in-One Kameras mit integrierter AI der Modellreihe VS setzen dafür AI-Segmentierung ein: Das Werkzeug wird an echten Fehlerteilen angelernt und trennt die Pore von der Riefenstruktur der Bearbeitung, statt beides an einer Schwelle zu messen.

Ein Ausbruch an einer Kante, eine erhabene Riefe oder eine Schlagstelle ist dagegen kein Farbunterschied, sondern eine Tiefe. Hier arbeiten 2D/3D Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 an einem Controller. Sie erfassen 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 sie brauchen dafür eine Bewegung: Das Teil fährt unter dem Profilsensor durch, oder der Kopf fährt über das Teil. Ist die Fläche lang und läuft das Teil ohnehin auf einer Achse vorbei, ist die High-End Bildverarbeitung mit ultimativer Flexibilität der Modellreihe XG-X mit einer Zeilenkamera der dokumentierte Weg; diese Bildverarbeitung trägt bis zu vier Köpfe und Kameras insgesamt.

Der kleinste Fall ist eine einzelne Dichtfläche an einer Station. Dafür genügt in dokumentierten Anwendungen ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4, bei dem eine bewusste Überbelichtung die Lunker sichtbar macht. Der Vision-Sensor arbeitet mit Arbeitsabständen von 50 mm bis über 3 m und hält 32 Programme intern vor. Die ehrliche Grenze zeigt sich in denselben Anwendungen: Für die kleinsten Fehler auf mehreren Flächen braucht die Station eine Kamera.

Lagerstelle und Wellenende: Schlagstellen auf geschliffenen Flächen

An Kurbel- und Nockenwellen verschiebt sich das Fehlerbild. Die Pleuellagerstelle und das Endstück der Nockenwelle sind geschliffen, und der Fehler, um den es geht, ist die Schlagstelle aus dem Handling, der Kratzer mit Tiefe oder die Delle, nicht die Pore. In dokumentierten Anwendungen liegen solche Fehler bei etwa 2 mm Tiefe und 1 x 1 mm Ausdehnung in einem Sektor von rund fünfzig Grad auf einer Lagerstelle von 64 mm Durchmesser. Die Drehung der Welle liefert die Bewegung für den Profilsensor; bei zwei Positionen auf einer Welle reicht der Takt in einem dokumentierten Fall aus, einen Kopf zu verfahren, statt zwei zu verbauen.

Ein anderer Fall sind aufgeraute Metallringe für Getriebe, bei denen eine Stelle, die nicht rau genug ist, die Reklamation auslöst. Das ist ein Texturfehler und damit wieder eine Aufgabe für die All-in-One Kamera mit ihren AI-Werkzeugen. Das Motiv ist in beiden Fällen der Nachweis, dass das Teil das Werk ohne den Fehler verlassen hat.

Roboter hält das Teil, Band trägt das Teil: Takt gegen Varianten

Wie das Teil zur Kamera kommt, ist in diesen Projekten die zweite Entscheidung. Ein Roboter, der ein Getriebegehäuse vor die Kamera hält, erlaubt in dokumentierten Anwendungen ein Bild je Sekunde und deckt fünfzehn Varianten mit einer Station ab; das Prüfprogramm wählt eine Variable aus der SPS. Nach dem Waschen läuft die Zylinderkopfhaube auf dem Band mit dreißig Sekunden Takt, das bearbeitete Gehäuse mit neun Merkmalen bekommt sechzig Sekunden. Beides trägt eine feste Station.

Am anderen Ende steht das Drehteil, das mit neunzig Teilen je Minute aus der Maschine kommt, ohne Vereinzelung; ein Roboter ist hier aus Taktgründen ausgeschlossen. Dann prüft eine feste Mehrkamerastation am Band, in der die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G bis zu acht Kameras an einem Controller zusammenführt und mehrere Seiten in einer Aufnahme abdeckt. Die Zelle selbst ist ein eigenes Thema; hier zählt, dass der Träger nach dem Takt gewählt wird und das Aufnahmeprinzip nach der Fläche.

Was die Station meldet: welche Fläche, welche Pore, welches Bild

Ein einfaches Gut oder Schlecht reicht in der Automobilzulieferung nicht mehr. Die SPS will wissen, welche Fläche und welches Merkmal die Entscheidung ausgelöst hat, weil davon abhängt, ob das Teil nachgearbeitet, ausgeschleust oder der Gießerei zurückgemeldet wird. Ein System, das nur Fehler im Bild meldet, kann das nicht liefern; das ist eine Grenze der Ergebnisstruktur, nicht der Optik. Die All-in-One Kamera und die Controllerplattformen geben je Merkmal ein Ergebnis aus und übergeben es über EtherNet/IP, PROFINET, PLC-Link oder EtherCAT.

Der zweite Teil des Ergebnisses ist das Bild. In dokumentierten Anwendungen wird je Teil ein Bild auf einem Server abgelegt, unter einem Dateinamen, den die SPS vorgibt, damit es später der Seriennummer zugeordnet werden kann. Damit wird aus der Prüfung ein Nachweis: Das Teil hat das Werk mit einer geprüften Dichtfläche verlassen.

Der Werker als Ist-Zustand und die Reklamation als Budget

In fast jedem dokumentierten Fall prüft heute ein Mensch. Ein Werker je Schicht sichtet einige hundert Teile an einer Linie, einer bückt sich unter das Gehäuse, und die Betriebsblindheit wird in dokumentierten Anwendungen ausdrücklich als Risiko genannt. Wo statt der 100-%-Sichtung eine Stichprobe stand, hat sie den Lunker durchgelassen, der beim OEM angekommen ist.

Das Budget für die Station ist in diesen Projekten deshalb selten ein Automatisierungsbudget. Es ist der Betrag, den die nächste Reklamation kosten würde: die Nachprüfung eines gesamten Lieferloses, ein erheblicher Betrag je Getriebe, das erst am Prüfstand ausfällt. Der übliche Weg dorthin beginnt mit echten Fehlerteilen: nicht mit einem Gutteil, in das jemand von Hand einen Kratzer gesetzt hat, sondern mit den Poren und Ausbrüchen, um die es in der Reklamation ging. An diesen Teilen wird die Machbarkeit geprüft und mit einem Bericht festgehalten, und aus dem Bericht wird das Prüfprogramm, das später in der Spezifikation der nächsten Linie steht.

Häufige Fragen

F Warum reicht die Porengröße allein nicht als Kriterium für eine Dichtfläche?

Weil eine Dichtung eine einzelne kleine Pore überdeckt, zwei Poren nebeneinander oder eine Lunkerkette entlang der Dichtlinie aber nicht. In dokumentierten Anwendungen gibt der OEM deshalb Größe und Abstand als Paar vor, etwa 0,4 mm Porengröße mit 8 mm Mindestabstand. Das Prüfprogramm muss beides auswerten, nicht nur die größte Pore im Bild.

F Kann eine Kamera die Kanäle im Rohguss eines Zylinderkopfs prüfen?

Nein, Kanalinnenflächen lassen sich mit einer Außenaufnahme nicht beurteilen. Automatisiert prüfbar sind die sechs Außenseiten und die Kanalmündungen. Diese Grenze gehört vor dem Projekt in das Lastenheft, damit die Erwartung an die Station stimmt.

F Wann genügt ein Kontrastbild, wann braucht die Prüfung ein Profil?

Eine Pore in einer gegossenen oder bearbeiteten Fläche ist ein Kontrastfehler; dafür sind All-in-One Kameras mit integrierter AI der Modellreihe VS mit AI-Segmentierung ausgelegt, die an echten Fehlerteilen angelernt wird. Ein Ausbruch, eine erhabene Riefe oder eine Schlagstelle ist eine Tiefe; dafür arbeiten 2D/3D Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 an einem Controller und nutzen die Bewegung von Band, Achse oder Welle für den Scan.

F Wie viele Varianten kann eine Prüfstation für Gehäuse tragen?

In dokumentierten Anwendungen deckt eine Station fünfzehn Gehäusevarianten ab, wenn ein Roboter das Teil vor die Kamera hält und die SPS das Prüfprogramm über eine Variable auswählt. Auf dem Band mit fester Kamera entscheidet die Lagestreuung der Teile, wie viele Varianten ein Bildfeld verträgt.

F Was muss die Station an die SPS melden?

Mehr als Gut oder Schlecht: die Fläche und das Merkmal, das die Entscheidung ausgelöst hat, damit die SPS zwischen Nacharbeit, Ausschleusen und Rückmeldung an die Gießerei unterscheiden kann. Dazu kommt in vielen Fällen ein gespeichertes Bild je Teil unter einem Dateinamen, den die SPS vorgibt. Die Übergabe läuft über EtherNet/IP, PROFINET, PLC-Link oder EtherCAT.

F Mit welchen Teilen sollte ein Machbarkeitstest laufen?

Mit echten Fehlerteilen aus der Reklamation, nicht mit Gutteilen, die von Hand angekratzt wurden. Ein von Hand gesetzter Kratzer sieht anders aus als die beanstandete Pore, und ein darauf eingestelltes Programm findet später das Falsche. Der Test an den echten Teilen wird üblicherweise mit einem Bericht festgehalten, aus dem das Prüfprogramm entsteht.

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