Varianten in der Modul- und Packmontage sicher unterscheiden: Trägerplatte, Stecker, Schraube und Blech am Erscheinungsbild erkennen

Ein Batteriemodul oder ein Pack entsteht aus Teilen, die sich über die Varianten hinweg stark ähneln. Trägerplatten aus schwarzem Kunststoff unterscheiden sich an festen Stellen, zwei Stecker in der Farbe, zwei Schrauben in der Oberfläche. Dieser Beitrag richtet sich an Montageplaner und Prüfingenieure an Modul- und Packlinien und an die Anlagenbauer, die Linien für Zellkontaktiersysteme und Packs auslegen. Er geht die dokumentierten Anwendungen der Reihe nach durch, von der Trägerplatte über Stecker, Schraube und Blech bis zum großen Schaumteil. Am Ende steht die Frage, wo die Typprüfung an die Vollständigkeitsprüfung grenzt.

Wichtige Punkte im Überblick

Kommen mehrere Varianten an derselben Station an, genügt Gut oder Schlecht oft nicht, weil die Steuerung den konkreten Typ braucht, um den folgenden Schritt abzustimmen oder eine Verwechslung vor dem Fügen abzufangen.
Für Trägerplatten, die sich an festen Stellen unterscheiden, ist der Sortiermodus des Vision-Sensors gewünscht, dessen Positionskorrektur die Merkmale wiederfindet, wenn der Träger nicht in jedem Takt an derselben Bildstelle steht.
Beim Hochvoltstecker an der Batteriewanne trägt die festgelegte Farbe die Entscheidung, und weil das Ergebnis dann an der Beleuchtung hängt, gehört gleichbleibendes Licht an der Station zur Auslegung.
Spiegelbildliche Bleche tragen links und rechts dieselben Merkmale seitenverkehrt und sind deshalb eigene Typen, die die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS als Produkttypen anlernen kann.
Kennt die Station die Variante aus dem Auftrag und prüft nur, ob die zugehörigen Teile da sind, ist es eine Vollständigkeitsprüfung, erst wenn sie die Variante aus dem Bild bestimmen muss, ist ihr Ergebnis ein Typ.

Typ statt Gut/Schlecht: warum die Modullinie den konkreten Typ wissen will

Eine klassische Prüfstation meldet Gut oder Schlecht. Auf einer Modullinie, auf der mehrere Varianten nacheinander ankommen, genügt das oft nicht. Die Steuerung will wissen, welche Variante vor der Station liegt, damit sie den folgenden Schritt darauf abstimmen oder eine Verwechslung abfangen kann, bevor gefügt wird. Eine dokumentierte Anforderung für Batteriemodule sagt es ausdrücklich: Gewünscht ist keine Gut/Schlecht-Bewertung, sondern der konkrete Typ.

Für die Station bedeutet das, dass ihr Ergebnis ein Typ ist und kein Ja oder Nein. Der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 bietet dafür einen Sortiermodus, der bis zu acht Bauteilvarianten registriert und jedes aufgenommene Teil einem dieser Typen zuordnet. Die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS deckt mit ihrer AI-Klassifizierung in einem Werkzeug beides ab, Gut/Schlecht-Klassen und die Identifikation des Produkttyps, mit bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug. Wie sich die Geräteklassen nach Merkmal und Variantenzahl aufteilen, erklärt der Leitartikel dieser Reihe zur Typunterscheidung an der Batteriezelle.

Trägerplatten und Module: feste Merkmale an wechselnden Stellen

In einer Anforderung für Batteriemodule soll die Station die Variante am Träger erkennen. Die Träger bestehen aus schwarzem Kunststoff mit metallischen Kontaktplatten, und die Varianten unterscheiden sich eindeutig an festen Stellen. Gewünscht sind der Sortiermodus und die Ausgabe des konkreten Typs, vorgesehen sind zwei bis drei AI-Werkzeuge, der Abstand zum Träger liegt bei gut einem Meter.

Die Eckdaten passen zu den Grenzen des Vision-Sensors. Sein Arbeitsabstand reicht von 50 mm bis über 3 m. Im Sortiermodus stehen bis zu acht Erkennungswerkzeuge und eine Positionskorrektur zur Verfügung, zwei bis drei AI-Werkzeuge liegen also deutlich innerhalb des Rahmens. Die Positionskorrektur hilft, wenn der Träger nicht in jedem Takt an genau derselben Bildstelle steht, damit die Werkzeuge ihre festen Merkmale wiederfinden.

Dass die Unterschiede an festen Stellen liegen, ist für die Auslegung ein Vorteil. Jede dieser Stellen lässt sich als eigenes Merkmal anlegen, statt den ganzen Träger als Muster zu vergleichen. Metall auf schwarzem Kunststoff gibt einen deutlichen Kontrast, glänzende Kontaktplatten können je nach Beleuchtung aber sehr unterschiedlich hell erscheinen. Das gehört in den ersten Versuch am Originalträger, bevor Werkzeuge und Schwellen feststehen.

Stecker an der Batteriewanne: Varianten an der Farbe erkennen

In einer Packmontage unterscheiden sich die Stecker in der Farbe. Die Station soll erkennen, ob der schwarze oder der weiße Stecker gesetzt wurde. Auch die Farbe des Hochvoltsteckers ist an dieser Stelle festgelegt, ein Stecker in einer anderen Farbe darf dort nicht sitzen. Außerdem soll auffallen, wenn ein Stecker um 180 Grad verdreht durch die Batteriewanne gesteckt wurde; das ist keine Winkelmessung, sondern die Unterscheidung zweier Ansichten desselben Teils.

Für die Farbfrage hat der Vision-Sensor ein Farbwerkzeug, das anhand von Farbe und Helligkeit unterscheidet. Sein Werkzeug AI Identify braucht zum Start ein einziges registriertes Bild und nutzt Form, Farbe, Helligkeit und Kanten; zusätzliches Anlernen trennt weitere Typen. Den verdrehten Stecker kann man wie Vorder- und Rückseite eines Teils als eigene Ansicht anlernen. Ob sich beide Ansichten an diesem Stecker sicher trennen, gehört als eigener Prüfpunkt in den Versuch am Originalteil, zusammen mit dem Licht an der Station, denn wo die Farbe die Aussage trägt, hängt das Ergebnis an einer gleichbleibenden Beleuchtung.

Verzinkt oder mattschwarz: zwei Schrauben, zwei Oberflächen

An Montagelinien für Batteriemodule sollen verzinkte von mattschwarzen Schrauben unterschieden werden. Gefragt ist die Unterscheidung nach der Oberfläche.

Für einen festen Prüfpunkt mit genau zwei Oberflächen ist nicht zwingend ein Bild nötig. Der Vollspektrumsensor der Modellreihe LR-W bestätigt laut Katalog den richtigen Farbton und unterscheidet auch sehr ähnliche Farben. Sein Erfassungsbereich liegt je nach Ausführung bei 30 bis 500 mm oder bei 30 bis 70 mm, er lässt sich also nah an einem Schraubenkopf wie auch mit etwas Abstand anbringen. Zinkgrau und mattes Schwarz liegen weit auseinander. Wie sicher der Sensor trennt, wenn der Kopf nicht bei jedem Teil gleich im Lichtfleck steht, klärt der Versuch.

Links, rechts, gerade: Blech- und Gehäusevarianten nach Rütteltisch und Flipband

In einer Linie für Zellkontaktiersysteme kommen kleine Bleche in drei Varianten an, links, rechts und gerade. Die Station soll sie bei der Zuführung unterscheiden. Ob das Blech außerdem richtig aufliegt, ist eine Lagefrage, die der Beitrag zur Positionierung behandelt. An einer weiteren Station derselben Linie kommt ein Gehäuseunterteil über Rütteltisch und Flipband und soll nach links oder rechts, lang oder kurz unterschieden werden. Das Greifen des Teils vom Flipband ist eine Roboteraufgabe und bleibt hier außen vor.

Spiegelbildliche Teile sind ein typischer Fall der Typfrage. Links und rechts tragen dieselben Merkmale, nur seitenverkehrt angeordnet. Die All-in-One Kamera kann solche Varianten mit ihrer AI-Klassifizierung als eigene Produkttypen anlernen, neue Varianten kommen durch Nachtrainieren hinzu. Lang und kurz beim Gehäuseunterteil zeigt sich schon an der Kontur. Soll aus der Länge ein Wert mit Toleranz werden, ist das eine Aufgabe der Maßprüfung.

Weil mehrere Stationen einer Linie dieselbe Art von Entscheidung treffen, lohnt ein einheitlicher Ergebnisweg an die Steuerung. Die All-in-One Kamera meldet ihr Ergebnis über EtherNet/IP, PROFINET, PLC-Link oder EtherCAT.

Schaumteile über einen Meter: große Varianten vor Reinigung und Verpackung

Eine dokumentierte Anwendung stammt aus einer Reinigungs- und Verpackungslinie für Schaumteile, die in der Verpackung von Batterien dienen. Dort werden verschiedene Teile unterschiedlicher Größe verarbeitet, rund einen bis gut anderthalb Meter lang. Die Station soll erkennen, welches Teil vorliegt. Abstand und Hintergrund sind frei, die Taktzeit ist noch offen.

Bei Teilen dieser Größe bestimmt zuerst das Bildfeld den Aufbau. Der Vision-Sensor erreicht Arbeitsabstände bis über 3 m; wie groß das Bildfeld dabei wird, hängt vom Objektiv ab und ist am konkreten Aufbau zu bestimmen. Die Größe ist hier Typmerkmal und kein Messwert, ein kurzes und ein langes Teil unterscheiden sich im Bild ohne Messung. Schaumteile sind weich und liegen nicht immer glatt auf. Ob die Zuordnung dann stabil bleibt, zeigt ein Test mit Originalteilen.

Variante aus dem Bild oder aus dem Auftrag: wo die Typprüfung an die Vollständigkeit grenzt

Vor der Geräteauswahl steht an jeder dieser Stationen eine Frage: Woher kennt die Station die Variante? Kommt sie aus dem Auftrag, etwa über den Werkstückträger oder die Steuerung, prüft die Station nur noch, ob die zugehörigen Teile da sind. Die Steuerung wählt dann das Programm je Variante, beim Vision-Sensor bis zu 32 Programme über externe Eingänge. Muss die Station die Variante dagegen erst aus dem Bild bestimmen, wie bei Trägerplatte, Stecker, Schraube und Blech, ist ihr Ergebnis ein Typ.

Viele Stationen verbinden beides. Die Anwendung mit den Schrauben nennt auch den Fall, dass gar keine Schraube sitzt; diesen Teil und jede Prüfung gegen die Stückliste einer bekannten Variante behandelt der Beitrag zur Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung in dieser Reihe. Liest die Station den Typ aus einem Code oder einem Etikett, handelt es sich um eine Identifikation über den Code und nicht um eine Typunterscheidung am Erscheinungsbild.

Häufige Fragen

F Warum reicht in der Modul- und Packmontage ein Gut/Schlecht-Ergebnis oft nicht aus?

Wenn mehrere Varianten an derselben Station ankommen, braucht die Steuerung den Typ, um den nächsten Schritt abzustimmen oder eine Verwechslung vor dem Fügen abzufangen. Der Sortiermodus des Vision-Sensors ordnet jedes Teil einer von bis zu acht registrierten Varianten zu. Die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera gibt bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug aus.

F Wie unterscheidet eine Station Hochvoltstecker, die sich nur in der Farbe unterscheiden?

Haben beide Stecker dieselbe Form, trägt die Farbe die Entscheidung. Das Farbwerkzeug des Vision-Sensors unterscheidet anhand von Farbe und Helligkeit, AI Identify zieht zusätzlich Form und Kanten heran. Eine gleichbleibende Beleuchtung an der Station gehört zur Auslegung.

F Braucht die Unterscheidung verzinkter und mattschwarzer Schrauben eine Kamera?

Nicht unbedingt. Für einen festen Prüfpunkt mit zwei Oberflächen kommt ein Farbsensor wie der Vollspektrumsensor der Modellreihe LR-W in Frage, der den richtigen Farbton bestätigt und sehr ähnliche Farben unterscheidet. Wie stabil er trennt, wenn der Schraubenkopf nicht immer gleich steht, klärt ein Versuch.

F Wie lassen sich spiegelbildliche Bleche wie links und rechts unterscheiden?

Links und rechts tragen dieselben Merkmale in seitenverkehrter Anordnung und sind deshalb eigene Typen. Die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera kann sie als Produkttypen anlernen, weitere Varianten kommen durch Nachtrainieren hinzu. Der Unterschied liegt also nicht im Maß, sondern in der Anordnung der Merkmale.

F Wann ist eine Variantenprüfung eigentlich eine Vollständigkeitsprüfung?

Ist die Variante schon aus dem Auftrag bekannt und prüft die Station nur noch, ob die zugehörigen Teile da sind, handelt es sich um eine Vollständigkeitsprüfung. Erst wenn sie die Variante aus dem Bild bestimmen muss, ist ihr Ergebnis ein Typ.

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Messen, Kennzeichnen und Prüfen in der Batterie- und E-Mobility-Produktion: Der Überblick für Qualitäts- und Fertigungsverantwortliche

Hauptartikel zum Thema: Typunterscheidung und Verpolungssicherung an der Batteriezelle: Zellformat, Polarität und Ableitermaterial am Erscheinungsbild erkennen