Richtige Mutter, richtiges Blech, richtige Scheibe: die Variante an Schweiß-, Clinch- und Schraubstation absichern

Sitzt eine Schweißmutter erst auf dem Blech, lässt sie sich nicht mehr gegen die richtige tauschen. Mit einem verschraubten Schutzblech, einer Scheibe unter dem Schraubkopf oder einem geclinchten Gehäuse verhält es sich ebenso: Nach dem Fügeschritt ist aus der Verwechslung ein Teil geworden, das nur noch aufwendig nachgearbeitet oder verworfen werden kann. Dieser Beitrag richtet sich an Prozessingenieure in der Blechbaugruppen-, Fahrwerks- und Komponentenfertigung und an Integratoren von Schweiß-, Clinch- und Schraubzellen. Er folgt dokumentierten Fällen: zwei Schweißmuttern, eine Rohteilzuführung für Querlenker, Bremsenschutzbleche für mehrere Derivate, kleine Merkmale an Schrauber und Greifer sowie Geometrievarianten an einer Clinchanlage und an Tiefziehteilen. Es geht um Aufgaben und Anforderungen; eine abgenommene Typprüfung ist nicht darunter.

Wichtige Punkte im Überblick

Für die Typprüfung an der Fügestation gibt es drei Orte: die Zuführung, an der ein falsches Rohteil noch von Hand entnommen werden kann, das Einlegen oder Aufnehmen kurz vor dem Fügen und, wo beides nicht geht, die Stelle unmittelbar danach, die das falsche Teil vor dem nächsten Arbeitsschritt anhält.
Unterscheiden sich zwei Schweißmuttern allein um einen Millimeter in der Höhe, liefert die Draufsicht kaum einen Anhaltspunkt, weshalb ein Bildbasierter Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX nahe liegt, der gegen einen Referenzpunkt am Teil wie die Blechoberfläche neben der Mutter vergleicht.
Für zwei Querlenkervarianten sind ein Höhenvergleich nach der Rohteilaufnahme durch den Roboter und eine Kamera an der Rohteilbeladung beschrieben, und das zweite Konzept setzt früher an, weil der Bediener ein falsches Teil dort entnehmen kann, ohne die Produktionszeit zu beeinflussen.
Bei zwanzig bis dreißig Bremsenschutzblechen steht zuerst die Klassifizierung des Blechs und danach je Derivat die Prüfung freier Bohrungen, und die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS unterscheidet mit ihrer AI-Klassifizierung bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug, womit dreißig Bleche rechnerisch knapp darunter liegen.
Trägt ein kleines, klar begrenztes Zeichen wie ein weißer Punkt, eine Aussparung, ein Icon oder eine Nase die Variante und bleibt die Variantenzahl überschaubar, passt der Vision-Sensor mit AI Identify, wobei sich das Zeichen im Bild vom Umfeld abheben muss und die Lösung sonst meist in der Beleuchtung liegt.

Vor der Zelle, beim Einlegen oder direkt danach: drei Orte für die Typprüfung

An der Fügestation lautet die Frage nicht, ob ein Teil da ist, sondern ob es die Variante ist, die der Auftrag verlangt. Wann sie gestellt werden kann, hängt davon ab, wie das Teil in die Station gelangt.

Am frühesten greift die Prüfung an der Zuführung. Dort lässt sich ein falsches Rohteil noch von Hand entnehmen, bevor es in der Anlage steckt. An Handarbeitsplätzen und Greifern sitzt sie an der Stelle, an der das Teil eingelegt oder aufgenommen wird, also kurz vor dem Fügen. Wo beides nicht geht, etwa an einer bestehenden Schweißzelle, bleibt die Prüfung unmittelbar nach dem Fügen. Sie verhindert den Fehler dann nicht mehr, hält aber das falsche Teil vor dem nächsten Arbeitsschritt an.

Welche Geräteklasse passt, richtet sich nach dem Merkmal, an dem sich die Varianten unterscheiden. In den Fällen dieses Beitrags sind das eine Höhenstufe, ein kleines Zeichen am Teil, eine abweichende Geometrie oder mehrere Unterschiede zugleich.

Zwei Schweißmuttern, ein Millimeter: die Höhenstufe als Typsignal

Eine Aufgabe aus der Blechbaugruppenfertigung betrifft zwei Varianten von Schweißmuttern, die sich um einen Millimeter in der Höhe unterscheiden. Die Schweißanlage steht bereits am Standort und soll optimiert werden. Verlangt ist, nach dem Schweißen festzustellen, ob die richtige Mutter verschweißt wurde.

Unterscheiden sich zwei Varianten allein in der Höhe, liefert die Draufsicht kaum einen Anhaltspunkt. Für diese Aufgabe liegt deshalb ein Bildbasierter Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX nahe, der das Teil über die Höhe einordnet statt über den Bildkontrast. Gefragt ist ein Ergebnis in zwei Klassen, Mutter A oder Mutter B, und kein Messwert mit Toleranz.

Für die Planung heißt das: Der Sensor vergleicht die Höhe gegen einen Referenzpunkt am Teil selbst, hier etwa die Blechoberfläche neben der Mutter. Laut Katalog erkennt er Höhendifferenzen auch bei versetzt oder geneigt liegendem Teil stabil; ob die Stufe von einem Millimeter sicher getrennt wird, zeigt ein Test an Originalteilen.

Querlenker an der Rohteilzuführung: den Typ prüfen, bevor das Teil in der Anlage ist

Zwei Querlenkervarianten unterscheiden sich nach derzeitigem Stand durch einen Winkel von wenigen Grad. Nach Abzug der Toleranzen bleibt davon am Bauteil eine Auslenkung im niedrigen Millimeterbereich. Für mehrere Linien sind zwei Konzepte beschrieben.

Im ersten Konzept fährt der Roboter das Teil direkt nach der Rohteilaufnahme vor einen Höhenvergleichssensor, der die Höhendifferenz an festgelegten Punkten prüft. Den Nachteil nennt das Konzept selbst: Ist die Variante falsch, befindet sich das Bauteil bereits in der Anlage und muss wieder entnommen werden.

Das zweite Konzept setzt eine Stufe früher an, mit einer Kamera an der Rohteilbeladung. Ein falsches Teil kann der Anlagenbediener dort entnehmen, ohne die Produktionszeit zu beeinflussen. Für die Auswertung sind zwei Wege beschrieben. Entweder erhält das Bauteil ein zusätzliches Merkmal von mindestens zwei Millimetern Höhe oder Tiefe, das eine 3D-Aufnahme auch bei der Streuung von Gussteilen erkennen soll. Oder die Kamera wertet den Winkel des eingelegten Bauteils aus; dann braucht sie freie Sicht auf die Merkmale, und wegen der Objektivverzeichnung ist eine Kamera für je zwei Querlenker empfohlen.

Für den zweiten Weg ist ein Bildverarbeitungssystem mit zwei Kameras und zwei optionalen weiteren beschrieben. Für solche Aufstellungen mit mehreren Kameras an einem Controller steht heute die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G, die bis zu acht Kameras betreibt.

Zwanzig bis dreißig Schutzbleche: erst die Klasse, dann die Derivatprüfung

An einem Schwenklagermodul wird ein Bremsenschutzblech verschraubt. Beschrieben sind zwanzig bis dreißig Bleche, die sich teils nur um wenige Millimeter im Innen- oder Außendurchmesser unterscheiden. Die Rangfolge der Aufgaben ist dort festgelegt. An erster Stelle steht, das richtige Blech zu klassifizieren. Weil dasselbe Blech für verschiedene Derivate dient, folgt danach die Frage, ob je Derivat die Bohrungen frei sind, die frei bleiben sollen, ein Anwesenheitsschritt, der die Typentscheidung voraussetzt.

Bei vielen Klassen und kleinen Unterschieden stößt eine regelbasierte Prüfung an eine bekannte Grenze ihrer Technikklasse: Ändern sich Spiegelungen oder schwankt die Charge, müssen Parameter nachgestellt werden. Die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS setzt anders an. Ihre AI-Klassifizierung deckt die Identifikation des Produkttyps und OK/NG-Klassen mit einem Werkzeug ab und unterscheidet bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug. Rechnerisch liegen dreißig Bleche damit knapp unter dieser Grenze. Neue Typen kommen durch Nachtrainieren hinzu, und wer mit weiteren Derivaten rechnet, plant den verbleibenden Abstand von Anfang an ein.

Weißer Punkt, Aussparung, Icon und Nase: kleine Merkmale an Schrauber, Greifer und Zuführung

An einem Schraubarbeitsplatz legt der Werker eine Scheibe ein, bevor verschraubt wird. Es gibt zwei Varianten, erkennbar an einem weißen Punkt, und die Station soll nur über Ein- und Ausgänge kommunizieren. Für ein einzelnes kontrastreiches Merkmal bei zwei Varianten kommt ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 mit AI Identify in Frage. Das Werkzeug beginnt mit einem einzigen registrierten Bild, die zweite Variante wird zusätzlich angelernt.

Airbag-Zünderplatten gibt es in zwei Typen, deren Vertiefungen unterschiedliche Durchmesser haben. In Frage kommt ein Vision-Sensor, der am Greifer sitzt, weshalb die kleine Bauform zählt. Erwogen wird der Sortiermodus, und der Anwender will sich nicht auf die AI-Auswertung allein verlassen, sondern den Durchmesser zusätzlich prüfen. Gefragt ist auch, ob die Platte verdreht oder mit der Rückseite oben liegt; das ist eine Lagefrage und gehört nicht zur Typentscheidung.

Für eine Fixierplatte, die in einem Getriebe verbaut wird, sind acht Bauteile nach unterschiedlichen Geometrie-Icons zu trennen. Ein Test vor Ort im Sortiermodus verlief gut. In einem Plan für ältere Anlagen sollen vier Vision-Sensoren vier Varianten von Lichtwellenleiterteilen an ihren Nasen unterscheiden.

Gemeinsam ist diesen Fällen, dass ein kleines, klar begrenztes Zeichen die Variante trägt und die Zahl der Varianten überschaubar bleibt. Das Zeichen muss sich im Bild vom Umfeld abheben. Tut es das am Originalteil nicht, liegt die Lösung meist in der Beleuchtung, und das zeigt der Versuch.

Clinchtisch und Mehrspurmaschine: Geometrievarianten und mehrere Ansichten an einem Controller

Eine Clinchanlage für Elektronikgehäuse ist geplant, in die die Teile von Hand eingelegt werden. Die Varianten unterscheiden sich in ihrer Geometrie, und eine Kameraprüfung soll sicherstellen, dass die richtige eingelegt ist. Bei wenigen Varianten mit deutlichem Formunterschied genügt ein Vision-Sensor; wächst die Zahl, übernimmt die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera.

Anders gelagert ist eine Aufgabe an Tiefziehteilen für einen Automobilzulieferer. Jedes Teil wird gedreht, und je Spur sehen zwei Kameras darauf, eine in Draufsicht, eine von der Seite. Bei zwei Spuren je Maschine sind das vier Kameras, die an einem Controller zusammengeführt werden sollen. Die Bildverarbeitung der Modellreihe VS-G betreibt bis zu acht Kameras an einem Controller und bindet über EtherNet/IP, PROFINET oder EtherCAT an die Steuerung an. Vier Kameras belegen rechnerisch die Hälfte dieser Kapazität.

Höhenstufe, Zeichen oder viele Merkmale: das Typmerkmal an der Fügestation wählen

Trägt eine einzelne Höhenstufe den Typ, wie an den Schweißmuttern oder im ersten Querlenkerkonzept, spricht das für den Höhenvergleichssensor. Er braucht am Teil einen Referenzpunkt, gegen den er die Höhe vergleicht.

Ein kleines Zeichen bei wenigen Varianten, also der weiße Punkt, die Aussparung, das Icon oder die Nase, passt zum Vision-Sensor mit AI Identify. Das Werkzeug stützt sich auf Form, Farbe, Helligkeit und Kanten, das Zeichen braucht also Kontrast oder eine klare Kontur.

Viele Typen oder mehrere Unterschiede zugleich, wie an den Schutzblechen, sprechen für die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera, mit Trainingsbildern je Typ. Braucht die Station mehrere Ansichten desselben Teils, führt die Bildverarbeitung die Kameras an einem Controller zusammen.

Der Ort bleibt eine eigene Entscheidung. Wer vor dem Fügen prüfen kann, erspart sich das Entnehmen aus der Anlage. Wer nur danach prüfen kann, legt die Station so, dass das falsche Teil vor dem nächsten Schritt stehen bleibt.

Häufige Fragen

F Warum sollte die Typprüfung möglichst vor dem Fügen sitzen?

Nach dem Schweißen, Clinchen oder Schrauben lässt sich eine falsche Variante nicht mehr einfach tauschen. Eine Prüfung an der Zuführung erlaubt es, das Teil von Hand zu entnehmen, bevor es in der Anlage ist. Geht das nicht, prüft die Station direkt nach dem Fügen und hält das Teil vor dem nächsten Schritt an.

F Was braucht eine Typprüfung über die Höhenstufe an einer Schweißzelle?

Vor allem einen Referenzpunkt am Teil, gegen den die Höhe verglichen wird, etwa die Fläche neben der Mutter. Der Bildbasierte Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX erkennt Höhendifferenzen laut Katalog auch bei versetzt liegendem Teil, und bei zwei Schweißmuttern mit einem Millimeter Unterschied ist das Ergebnis eine Zuordnung zu einer von zwei Varianten.

F Was tun, wenn dasselbe Blech für mehrere Derivate verwendet wird?

Zuerst den Blechtyp bestimmen, dann je Derivat die Folgeprüfung wählen, etwa ob bestimmte Bohrungen frei bleiben. Für viele Blechtypen eignet sich die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS, die bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug trennt. Neue Derivate kommen durch Nachtrainieren hinzu.

F Reicht ein Vision-Sensor für einen Handarbeitsplatz mit zwei Varianten?

Unterscheiden sich die Varianten an einem kleinen, kontrastreichen Zeichen, etwa einem weißen Punkt, kommt der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 mit AI Identify in Frage. Das Werkzeug beginnt mit einem registrierten Bild und unterscheidet durch zusätzliches Anlernen die Typen. Ob das Zeichen am Originalteil sicher erkannt wird, zeigt ein Versuch.

F Wie viele Kameras lassen sich an einer Mehrspurmaschine zusammenführen?

Die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G betreibt bis zu acht Kameras an einem Controller. In einer dokumentierten Anwendung sollen zwei Spuren mit je zwei Kameras, Draufsicht und Seitenansicht, an einem Controller zusammengeführt werden. Das wären rechnerisch vier der acht möglichen Kameras.

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Messen, Kennzeichnen und Prüfen in der Automobilproduktion: Der Überblick für Qualitäts- und Fertigungsverantwortliche

Hauptartikel zum Thema: Typunterscheidung und Verwechslungssicherung in der Automobilfertigung: welches Teil ist das, und passt es zum Auftrag?

Weiterer Artikel im Thema: Kurbelgehäuse, Zylinderkopf, Welle und Zahnrad: fast gleiche Powertrain-Teile sicher nach Typ unterscheiden

Weiterer Artikel im Thema: Stoßfänger, Karosserie und Interieur: Ausstattungsvarianten in Montage und Lackiererei am Bauteil erkennen