Verwechslungsschutz in der Elektronikmontage: Varianten mit unterschiedlichem Lieferumfang absichern

Eine Baugruppe kann vollständig sein und trotzdem falsch. An derselben Montagestation laufen Leiterplatten, Steuergeräte und Ladeelektronik, die sich um einen Steckverbinder, eine Farbe oder eine ganze Bestückungsgruppe unterscheiden, und jede dieser Varianten hat ihren eigenen Lieferumfang. Wer nur nach fehlenden Bauteilen sucht, meldet die kleinere Variante als unvollständig und lässt die größere mit einem echten Fehlteil passieren. Beides kostet, das eine als Pseudoausschuss an der Linie, das andere als Reklamation beim Kunden. Dieser Beitrag zeigt, wie eine Prüfstation Vollständigkeit und Identität getrennt beantwortet, woran sich nahezu gleiche Varianten optisch unterscheiden lassen, wie viele Programme sich realistisch verwalten lassen und ab welcher Variantenzahl die Aufgabe das Gerät wechselt.

Wichtige Punkte im Überblick

Eine Baugruppe kann vollständig sein und trotzdem falsch, weshalb die Station zuerst den Sollzustand braucht, in der Regel als Programmnummer oder Variantenkennung von der Steuerung, und die Vollständigkeit erst danach gegen genau diesen Sollzustand bewertet.
Drei Merkmalsarten tragen fast alle Variantenabfragen: die Farbe, solange sich die Varianten sonst gleichen, die Kontur, die ein AI-Werkzeug aus Beispielbildern einlernt, und die Anzahl bestückter Positionen, die ein Zählwerkzeug mit bis zu 500 Objekten je Werkzeug liefert.
Für die Rezeptverwaltung gelten beim AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 zwei getrennte Grenzen: 32 Programme intern und 128 nur mit microSD-Karte und aktivierter Programmerweiterung, dazu die häufig zitierten 100 ms, die allein für die Schnelle Programmumschaltung mit höchstens 8 Programmen gelten.
Eine Wellenlötlinie mit über 500 unterschiedlichen Baugruppen lässt sich in einem Vision-Sensor nicht abbilden und gehört auf eine All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS mit Rezeptverwaltung, und diese Grenze früh zu kennen, erspart eine Station, die im dritten Monat an der Programmzahl scheitert.
Eine Reihenfolgeprüfung im Set verlangt mehr als Vollständigkeit, nämlich einen Solltyp je Nest und ein Ergebnis je Position, wofür der komplette Träger in ein Bildfeld gehört und die unterscheidenden Merkmale auch am Bildfeldrand auflösbar bleiben müssen.

Fehlteil oder andere Variante? Warum die Prüfung beides trennen muss

An einer Station mit Variantenvielfalt werden zwei Fragen gestellt, die gern zu einer verschmelzen. Die erste lautet: Ist alles vorhanden, was diese Variante braucht? Die zweite lautet: Ist die Variante vor mir die, die der Auftrag verlangt? Eine Prüfung, die nur die erste Frage kennt, arbeitet gegen einen einzigen Sollzustand und liegt bei jeder anderen Variante daneben.

Ein Beispiel aus der Anwendungspraxis macht das greifbar. Eine Baugruppenfamilie kommt in drei Varianten, bei denen ein Steckermodul einmal oben neben der Sicherung sitzt und in einer anderen Variante unten und damit von der Kamera aus gar nicht sichtbar ist; sonst sind die Baugruppen gleich. Eine reine Anwesenheitsabfrage an dieser Position meldet für die eine Variante i.O. und für die andere n.i.O., ohne dass irgendetwas falsch wäre. Die Station braucht deshalb zuerst den Sollzustand, in der Regel als Programmnummer oder Variantenkennung von der Steuerung, und prüft erst danach die Vollständigkeit gegen genau diesen Sollzustand. Wo die Kennung nicht aus dem Auftrag kommt, sondern von einem Code am Bauteil gelesen wird, ist das eine Aufgabe der Codelesung und in der zugehörigen Themenreihe beschrieben.

Wo Verwechslungen entstehen: Handbestückung ohne Poka Yoke

Verwechslungen entstehen selten am Bestückungsautomaten. Sie entstehen dort, wo eine Person ein Teil auswählt und einlegt, und wo die Aufnahme mehr als ein Teil mechanisch aufnimmt. Ein dokumentierter Fall beschreibt eine Leiterplatte, auf der ein grüner und ein brauner Steckverbinder von Hand gesetzt werden. Ein Poka Yoke gibt es nicht, die beiden Stecker passen in dieselbe Aufnahme, und die einzige Absicherung ist die Arbeitsanweisung auf Papier und die Aufmerksamkeit des Bedieners.

Dasselbe Muster wiederholt sich bei optisch nahezu gleichen Steckergehäusen in mehreren Farben und bei grauen und schwarzen Rastnasen derselben Bauteilfamilie. Drei Bedingungen treiben die Fehlerrate: Die Teile passen mechanisch an mehr als eine Stelle, der Unterschied ist nicht ertastbar, und die Variante wechselt mehrmals je Schicht. Eine optische Abfrage direkt am Handarbeitsplatz, die dem Werker sofort i.O. oder n.i.O. zurückmeldet, greift genau an dieser Stelle, solange das Teil noch frei zugänglich ist.

Farbe, Kontur, Anzahl: woran sich Varianten optisch unterscheiden lassen

Drei Merkmalsarten tragen in der Praxis fast alle Variantenabfragen. Am häufigsten ist die Farbe. Ein dokumentierter Fall prüft an einer Einpressstation, ob die richtige von vier Farben verbaut wurde, weiß, schwarz, blau und grün, und mehr wird von der Prüfung nicht verlangt. Farbe ist der günstigste Diskriminator, solange die Varianten sich sonst gleichen; sie versagt dort, wo weiß auf weiß oder schwarz auf schwarz liegt, und dann muss ein anderes Merkmal einspringen.

Die zweite Art ist die Kontur. Eine zusätzliche Rastnase, ein anderes Steckergehäuse, eine fehlende Aussparung: Solche Formunterschiede lassen sich mit dem Werkzeug `AI Identify` eines Vision-Sensors der Modellreihe IV4 aus Beispielbildern einlernen, ohne dass jemand Kantenmodelle pflegen muss. Die dritte Art ist die Anzahl. Wenn sich Varianten über die Zahl bestückter Positionen definieren, etwa über die Anzahl gesetzter Kontakte oder Bauelemente, zählt das Werkzeug `AI Count` bis zu 500 Objekte je Werkzeug und liefert damit die Variantenaussage direkt mit.

Die Grenze setzt nicht die Software, sondern das kleinste unterscheidende Maß. In einer dokumentierten Anwendung lagen zwischen zwei Varianten nur 0,7 mm in einem Durchmesser, und die Auslegung setzte Originalmuster voraus. Das ist der richtige Reflex: Ein Unterschied unter einem Millimeter ist eine Auflösungsfrage und wird am Originalteil im geplanten Bildfeld entschieden. Ob das Bauteil zusätzlich lagerichtig sitzt, ist eine eigene Frage und wird im Beitrag zur lagerichtigen Montage behandelt.

Programmanzahl und Programmumschaltung realistisch auslegen

Sobald eine Station mehr als eine Variante sieht, wird aus der Prüfung eine Rezeptverwaltung, und dort entscheiden Zahlen, die vor der Beschaffung selten jemand nachschlägt. Der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 hält 32 Programme intern. 128 Programme sind erreichbar, aber nur mit microSD-Karte und aktivierter Funktion `[Programmerweiterung]`. Erfolgt die Umschaltung über externe Eingänge, wie es an einer verketteten Anlage üblich ist, deckelt sie bei All-In-One-Modellen wieder bei 32.

Die zweite Zahl betrifft das Tempo. Die oft zitierten 100 ms gelten allein für die `Schnelle Programmumschaltung` und dort für höchstens 8 Programme. Ein schneller Chargenwechsel und ein großer Rezeptvorrat sind damit zwei verschiedene Anforderungen, die sich nicht in einem Satz zusagen lassen. Für die Auslegung heißt das: erst die Zahl der wirklich unterschiedlichen Prüfprogramme bestimmen, dann den Umschaltweg festlegen, dann die geforderte Umschaltzeit. Nicht jede Variante braucht ein eigenes Programm. Ein neues Programm entsteht erst, wenn sich Prüfmerkmale, Bildfeld oder Sollzustand tatsächlich ändern, und eine saubere Zusammenfassung ähnlicher Varianten spart oft mehr Programme, als eine Speicherkarte hinzufügt.

Ab wann eine Variantenfamilie nicht mehr in einen Sensor passt

Zwei Fälle aus der Anwendungspraxis markieren die Grenze. Im ersten prüft ein Werk eine Baugruppenfamilie mit rund 100 Varianten und kontrolliert bis heute im 4-Augen-Prinzip von Hand gegen. Diese Größenordnung liegt oberhalb der 32 Programme, die intern und über externe Eingänge verfügbar sind, und ist nur erreichbar, wenn Speicherkarte, Programmerweiterung und ein Umschaltweg jenseits der externen Eingänge zusammenkommen. Sie ist ein Grenzfall und sollte auch so behandelt werden.

Der zweite Fall ist eindeutig. Eine Wellenlötlinie mit über 500 unterschiedlichen Baugruppen lässt sich in einem Vision-Sensor nicht abbilden. Oberhalb dieser Spanne übernimmt eine All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS mit Rezeptverwaltung, und wenn eine Baugruppe aus mehreren Aufnahmepositionen zu einem Ergebnis zusammengeführt werden muss, trägt die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G mit bis zu 8 Kameras an einem Controller. Diese Grenze früh zu kennen, erspart eine Station, die im dritten Monat an der Programmzahl scheitert.

Reihenfolge im Set prüfen, nicht nur Vollständigkeit

Manche Varianten werden nicht verbaut, sondern zusammengestellt. Steckverbinder in einem Tray, Module in einem Magazin, Zubehörteile in einer Verpackung: Der Umfang stimmt, aber die Positionen sind vertauscht. Ein dokumentierter Fall beschreibt genau diese Lücke. Der vorhandene Sensor bestätigt, dass alle fünf Varianten in der Packung liegen, kann aber nicht sagen, ob sie in der geforderten Reihenfolge liegen.

Eine Reihenfolgeprüfung ist eine Kombination aus Identität und Position: Jedes Nest bekommt einen Solltyp, und das Ergebnis muss je Position ausgegeben werden, nicht als ein einziges i.O. für den ganzen Träger. Für die Auslegung folgt daraus, dass der komplette Träger in ein Bildfeld gehört und dass die Merkmale, die die Typen unterscheiden, auch am Rand des Bildfelds noch auflösbar sein müssen. Wichtig wird die Reihenfolge überall dort, wo die nächste Station blind greift und die Position als Typinformation nutzt.

Ein zweiter, unabhängiger Sensor als Absicherung

Wo eine Verwechslung teuer ist, lohnt sich ein zweiter Kanal, der physikalisch anders misst als der erste. In einem dokumentierten Projekt prüft ein Vision-Sensor an einer Aufnahme aus rund 100 mm Abstand die Vollständigkeit von O-Ring, Sicherungsring und Innenkontur eines Steckergehäuses, und parallel dazu beantwortet ein CMOS-Lasersensor der Modellreihe LR-X die Variantenfrage über ein geometrisches Merkmal. Fällt eine Beleuchtung aus oder driftet eine Schwelle, meldet der zweite Kanal weiter.

Das hat einen zweiten, weniger technischen Nutzen. In den Anwendungsfällen taucht regelmäßig der Werksverantwortliche auf, der einer Prüflehre mehr vertraut als einer Optik. Eine unabhängige geometrische Abfrage neben der Bildprüfung ist ein Argument, das diese Diskussion übersteht, und sie lässt sich als eigener digitaler Ausgang direkt in die Freigabe der Steuerung legen. Welcher Einzelsensor für welches Hindernis der richtige ist, behandelt der Beitrag zur Anwesenheitskontrolle ohne Kamera.

Häufige Fragen

F Wie unterscheidet eine Prüfstation ein Fehlteil von einer anderen Variante?

Sie braucht den Sollzustand, bevor sie prüft. Üblich ist eine Programmnummer oder Variantenkennung von der Steuerung, gegen die die Anwesenheit der Bauteile bewertet wird. Ohne diese Vorgabe arbeitet die Station gegen einen einzigen Sollzustand und meldet jede Variante mit kleinerem Lieferumfang als unvollständig.

F Wie viele Varianten lassen sich in einem Vision-Sensor verwalten?

Der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 hält 32 Programme intern und 128 nur mit microSD-Karte und aktivierter Programmerweiterung. Wird über externe Eingänge umgeschaltet, sind es bei All-In-One-Modellen wieder 32. Familien darüber, etwa mehrere hundert Baugruppen an einer Lötlinie, gehören auf eine All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS mit Rezeptverwaltung.

F Wie schnell kann zwischen Prüfprogrammen umgeschaltet werden?

Die häufig genannten 100 ms gelten nur für die `Schnelle Programmumschaltung` und dort für maximal 8 Programme. Ein großer Rezeptvorrat und eine sehr kurze Umschaltzeit sind zwei getrennte Anforderungen. Für einen Chargenwechsel im Sekundenbereich reicht in der Regel die normale Umschaltung über die Steuerung.

F Woran lassen sich optisch fast gleiche Varianten unterscheiden?

An Farbe, Kontur oder Anzahl. Farbe trägt, solange die Varianten sich sonst gleichen, Formunterschiede lassen sich mit `AI Identify` aus Beispielbildern einlernen, und über die Zahl bestückter Positionen entscheidet `AI Count` mit bis zu 500 Objekten je Werkzeug. Liegt der Unterschied unter einem Millimeter, wird er am Originalteil im geplanten Bildfeld geprüft, bevor die Station ausgelegt wird.

F Lässt sich auch die Reihenfolge in einem Set prüfen und nicht nur die Vollständigkeit?

Ja, sofern jedes Nest einen Solltyp bekommt und das Ergebnis je Position ausgegeben wird. Der komplette Träger muss dafür in ein Bildfeld passen, und die unterscheidenden Merkmale müssen auch am Bildfeldrand auflösbar bleiben. Ein einfacher Vollständigkeitssensor kann die Reihenfolge nicht bewerten, das ist die dokumentierte Lücke solcher Stationen.

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