Angesichts der steigenden Nachfrage im Zuge der Weiterentwicklung der Elektronik für elektronische Geräte, Kraftfahrzeuge und ähnliche Anwendungen müssen Kabelbäume heute eine höhere Funktionalität und Qualität aufweisen, z. B. kleinere und leichtere Gehäuse.
In diesem Abschnitt werden zu prüfenden Qualitätsmerkmale vorgestellt, die zur Gewährleistung der Qualität von Kabelbäumen unerlässlich sind, sowie neue Anwendungsbeispiele des Digitalmikroskops von KEYENCE, das die Arbeitseffizienz durch vergrößerte Betrachtung und quantitative Messung, Prüfung und Beurteilung verbessert.

Betrachtung und quantitative Beurteilung von Kabelbäumen und Crimpverbindern

Hoher Anspruch und hohe Anforderungen an Kabelbäume

Ein Kabelbaum, auch als Kabelstrang bezeichnet, ist eine Bündelung einzelner Drähte, die elektronische Geräte elektrisch verbinden, um Strom oder Signale zu übertragen. Die Drahtenden sind mit Steckern versehen, um den Anschluss zu vereinfachen und einen falschen Anschluss zu verhindern. 500 bis 1500 Kabelbäume können in einem einzigen Auto verbaut sein und funktionieren wie Blutgefäße und Nerven im menschlichen Körper. Defekte und Brüche von Kabelbäumen können sowohl die Produktsicherheit als auch die Qualität und Leistung stark beeinträchtigen.

Neben den neuesten Technologien für höhere Dichte und Miniaturisierung elektrischer und elektronischer Bauteile, gibt es auch technologische Durchbrüche in der Automobilindustrie, wie z. B. Elektrofahrzeuge (EVs), Hybridelektrofahrzeuge (HEVs) sowie die Fahrassistenzfunktion und das autonome Fahren, welche Sensortechnologie nutzen. Diese technologischen Verbesserungen haben die Nachfrage nach Kabelbäumen erhöht, sodass es nun notwendig ist, Produkte zu erforschen, zu entwickeln und herzustellen, die verschiedene Anforderungen erfüllen, wie z. B. eine größere Typenvielfalt, kleinere Gehäuse, leichtere Gehäuse, höhere Funktionalität und höhere Haltbarkeit. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, müssen neue und verbesserte Produkte mit hoher Qualität und Schnelligkeit an die Kunden geliefert werden. Dies erfordert folglich Genauigkeit und Schnelligkeit bei der Beurteilung in der Forschung und Entwicklung und der Prüfung von Qualitätsmerkmalen im Fertigungsprozess.

Klemmenanschluss und Merkmalsprüfung elektrischer Leitungen als entscheidende Qualitätsfaktoren

Bei der Herstellung von Kabelbäumen ist einer der wichtigsten Prozesse zur Qualitätssicherung der Anschluss der Klemmen an die Drähte, welcher vor der Montage von Bauteilen wie Steckern, Rohren, Schutzvorrichtungen, Clips und Schellen durchgeführt wird. Der typische Klemmenanschluss erfolgt durch Crimpen, Druckkontakt oder Löten. Bei jeder Methode kann ein fehlerhafter Anschluss zu Problemen führen, wie z. B. mangelhafter Durchgang und verschobene Kerndrähte.

Eine Qualitätsprüfung für Kabelbäume beinhaltet die Überprüfung auf elektrische Unterbrechungen und Kurzschlüsse mit einem Durchgangsprüfer.
Um nach Tests oder beim Auftreten eines Problems detaillierte Bedingungen zu prüfen und Ursachen zu identifizieren, ist es wichtig, das Erscheinungsbild von Klemmenanschlüssen durch vergrößerte Betrachtung mit Mikroskopen zu prüfen und zu beurteilen. In den folgenden Abschnitten werden die zu prüfenden Qualitätsmerkmale für jede Anschlussmethode vorgestellt.

Prüfung von Qualitätsmerkmalen für Crimp-Anschlüsse

Der Draht und die Isolierung werden mit den jeweiligen Klemmhülsen gecrimpt, wobei die Plastizität der Hülsen genutzt wird. Die Klemmhülsen werden durch Crimpen mit einem Werkzeug oder einer Maschine in einer Fertigungslinie gebogen.

[Prüfung von Qualitätsmerkmalen]
  1. (1) Kerndraht-Überstand
  2. (2) Auskragung des Kerndrahts
  3. (3) Aufweitung
  4. (4) Auskragung der Isolierung
  5. (5) Beschnittlänge
  6. (6)-1 Aufwärtsbiegung / (6)-2 Abwärtsbiegung
  7. (7) Verdrehung
  8. (8) Einrollen
Prüfung von Qualitätsmerkmalen
HinweisCrimphöhe – ein Kriterium zur Bestimmung der Crimpqualität von Anschlüssen
Die Crimphöhe ist die Höhe der Kernaufnahme oder Isolierungsaufnahme nach dem Crimpen. Wird die vorgegeben Crimphöhe nicht eingehalten, führt dies zu mangelhaftem Durchgang oder Verschiebung des Drahtes.
OK/NG-Beispiele für die Crimphöhe der Isolierung
Fehlerfrei (innerhalb der angegebenen Toleranzen)
Fehlerfrei (innerhalb der angegebenen Toleranzen)
Mangelhaftes Crimpen
Mangelhaftes Crimpen
Übermäßiges Crimpen
Übermäßiges Crimpen
Eine Crimphöhe, die größer als die angegebene Höhe ist, führt dazu, dass sich die Drähte beim Ziehen aufgrund einer mangelhaften Crimpverbindung lösen. Andererseits führt eine geringere Crimphöhe als die angegebene Höhe dazu, dass sich die Hülse durch übermäßiges Crimpen in den Kerndraht eingräbt, was zu einer Beschädigung der Leitung führt.
Die Crimphöhe ist lediglich ein Beurteilungskriterium, um den Zustand von Isolier- und Kerndraht zu beurteilen. In den letzten Jahren sind die Kabelbäume kleiner geworden und werden aus immer mehr verschiedenen Materialien hergestellt. Um alle bei der Crimpung auftretenden Fehler zu erkennen, müssen die Zustände der Kerndrähte an Querschnitten von Crimpkontakten quantitativ geprüft werden.

Prüfung von Qualitätsmerkmalen für Druckkontakt-Anschlüsse

Bei dieser Methode wird eine Klemme durch Hineindrücken eines ummantelten Drahts in einen Schlitz verbunden. Wenn der Draht in den Schlitz geschoben wird, wird die Isolierung durch die Klinge am Schlitz abgezogen, um eine sichere Verbindung herzustellen. Die Abisolierung kann gleichzeitig durchgeführt werden.

[Prüfung von Qualitätsmerkmalen]
  1. (1) Draht-Überlauf
  2. (2) Freiraum an der Drahtspitze
  3. (3) Leiter-Überstand am vorderen oder hinteren Ende eines Druckkontaktstücks
  4. (4) Verschobene Druckkontaktstelle
  5. (5) Beflecktes Gehäuse
  6. (6) Beflecktes oder deformiertes Druckkontaktstück
  1. A: Gehäuse
  2. B: Druckkontaktstück
  3. C: Draht
Prüfung von Qualitätsmerkmalen

Prüfung von Qualitätsmerkmalen für Lötanschlüsse

Es gibt zwei typische Methoden: die eine ist der Löttopf, bei dem der Draht in eine Klemme eingeführt wird, und die andere die Lötöse, bei der der Draht durch ein Loch geführt wird.

[Prüfung von Qualitätsmerkmalen]
  1. (1) Kerndraht-Überstand
  2. (2) Defekte Lötstelle (unzureichende Hitze)
  3. (3) Lötbrücke (zu starkes Löten)
Prüfung von Qualitätsmerkmalen

Aktuelle Beispiele zur Merkmalsprüfung und Beurteilung von Kabelbäumen

Da die Kabelbäume immer kleiner werden, wird es immer schwieriger, deren Merkmale durch vergrößerte Betrachtung zu prüfen und zu beurteilen.

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX von KEYENCE ermöglicht eine schnelle Betrachtung und Prüfung mit hoher Vergrößerung.

Tiefenzusammensetzung für eine vollständige Fokussierung dreidimensionaler Objekte

Eine vollständige Fokussierung von dreidimensionalen Kabelbäumen ist nicht möglich, was eine vollständige und umfassende Betrachtung und Beurteilung erschwert.

Dank der Echtzeit-Tiefenzusammensetzung ermöglicht das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX die Aufnahme eines automatischen Tiefenzusammensetzungsbildes des Objekts. Dies ermöglicht eine korrekte und effiziente vergrößerte Betrachtung, Prüfung von Qualitätsmerkmalen und Beurteilung mit sehr hochauflösenden Aufnahmen, bei denen das gesamte Objekt vollständig fokussiert ist.

Vergrößertes Bild eines gecrimpten Kerndrahtes mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Normal (100x)
Ohne Tiefenzusammensetzung (100x)
Tiefenscharfes Bild durch Verwendung der Tiefenzusammensetzung (100x)
Tiefenscharfe Aufnahme durch Verwendung der
Tiefenzusammensetzung (100x)

Wölbungsmessung an Kabelbäumen

Die Wölbungsmessung erfordert oft neben Mikroskopen mehrere Messgeräte. Dies verlängert zwangsläufig die Messprozesse und erfordert einen höheren Arbeits- und Zeitaufwand. Auch bei der konventionellen Messung gibt es Probleme hinsichtlich der Arbeitseffizienz und Zuverlässigkeit, da die Messwerte erst verarbeitet werden müssen, bevor sie als Daten erfasst werden können.

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verfügt über eine breite Palette an 2D-Messwerkzeugen, mit denen verschiedene Prüfpunkte, wie z. B. der Kabelbaumwinkel und die Crimphöhe von Querschnitten der Crimpkontakte, einfach gemessen werden können. Mit solchen Werkzeugen können Anwender Messungen quantifizieren sowie Daten, Aufnahmen, Messwerte und Bildaufnahmebedingungen speichern und verwalten und somit die Arbeitseffizienz wesentlich verbessern. Im Album gespeicherte Aufnahmen können ausgewählt werden, um zu einem späteren Zeitpunkt andere Positionen und Punkte zu messen.

Winkelmessung eines gewölbten Kabelbaums mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Winkelmessung eines gewölbten Kabelbaums mit dem 4K-Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Mit einer Vielzahl von 2D-Messwerkzeugen lassen sich Winkel einfach per Mausklick präzise messen.

Betrachtung von gecrimpten Kerndrähten unabhängig von reflektierenden Metalloberflächen

Die Betrachtung kann aufgrund der Reflexion von Metalloberflächen schwierig sein.

Mit den Funktionen zur Glanzlichtentfernung und zur Optimierung ringförmiger Reflexionen eliminiert das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX Reflexionen von glänzenden Metalloberflächen und ermöglicht so die genaue Betrachtung und Erfassung der Crimpzustände des Kerndrahtes.

Betrachtung eines gecrimpten Kerndrahtes mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Normales Bild (20x)
Aufnahme mit Ringbeleuchtung (20x)
Ohne Blendlicht oder ringförmige Reflexionen (20x)
Ohne Blendlicht oder ringförmige Reflexionen (20x)

Vergrößerte Darstellung von gecrimpten Steckern eines Kabelbaums

Bei der Prüfung von Qualitätsmerkmalen ist es schwierig, kleine Objekte, wie z. B. dreidimensionale gecrimpte Stecker von Kabelbäumen, zu fokussieren und zu betrachten.

Die hochauflösenden Objektive und der motorisierte Revolver des Digitalmikroskops der Modellreihe VHX ermöglichen eine nahtlose Zoomfunktion, die automatisch zwischen Objektiven von 20- bis 6000-facher Vergrößerung wechselt. Dies ermöglicht eine schnelle vergrößerte Betrachtung per Mausklick oder Konsole.

Vergrößerte Aufnahmen von gecrimpten Steckern mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Vergrößerte Bilder von gecrimpten Steckern mit dem 4K-Digitalmikroskop der Modellreihe VHX

System zur Betrachtung aus jedem beliebigen Winkel zur vereinfachten Betrachtung von dreidimensionalen Objekten

Bei der konventionellen Betrachtung der Qualitätsmerkmale dreidimensionaler Produkte, wie z. B. Kabelbäumen, müssen Objekte in verschiedenen Winkeln fixiert werden und für jeden dieser Winkel ist eine Fokussierung erforderlich. Dabei ist es jedoch immer noch schwierig, das gesamte Objekt zu fokussieren. Zudem können Objekte nicht in bestimmten Winkeln fixiert werden.

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verwendet ein System zur Betrachtung aus jedem beliebigen Winkel mit XYZ-motorisiertem Objekttisch, das flexible Bewegungen von Objektiv und Objekttisch unterstützt.
Der 3-Achsen-Verstellmechanismus sorgt für eine einfache Ausrichtung des Sichtfeldes, Drehung und Bewegung der Neigungsachse, sodass eine Betrachtung aus jedem beliebigen Winkel möglich ist. Durch das euzentrische Design bleibt das Objekt auch bei geneigtem Objektiv im Sichtfeld. Dadurch können Objekte mit dreidimensionalen und komplexen Formen wesentlich effizienter betrachtet werden.

Betrachtung eines Steckers mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX aus der Schräge
System zur Betrachtung aus jedem beliebigen Winkel mit XYZ-motorisiertem Objekttisch
System zur Betrachtung aus jedem beliebigen Winkel mit XYZ-motorisiertem Objekttisch
Betrachtung eines Steckers aus der Schräge (5x)
Betrachtung eines Steckers aus der Schräge (5x)

3D-Formanalyse zur quantifizierten Beurteilung von Crimpkontakten

Bei der Betrachtung des Erscheinungsbildes von Crimpkontakten ist es notwendig, sich auf jeden einzelnen Bereich eines dreidimensionalen Objekts zu konzentrieren. Darüber hinaus kann durch eine solche Betrachtung nicht ausgeschlossen werden, dass Defekte unentdeckt bleiben und es zu unterschiedlichen benutzerabhängigen Ergebnissen bei der Beurteilung kommt. Außerdem gab es bisher keine andere Möglichkeit, Auswertungen durchzuführen, als 2D-Messungen auch für dreidimensionale Objekte zu verwenden.

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX ermöglicht nicht nur eine vergrößerte Betrachtung und 2D-Messungen mit tiefenscharfen-Aufnahmen, sondern ist auch in der Lage, 3D-Formen zu erfassen und 3D-Messungen sowie Profilmessungen von ausgewählten Querschnitten durchzuführen. 3D-Formen können unabhängig vom Kenntnisstand des Bedieners einfach analysiert und gemessen werden, sodass eine weitergehende und quantitative Beurteilung der Qualitätsmerkmale von Crimpkontakten bei gleichzeitig höherer Arbeitseffizienz möglich ist.

3D-Formanalyse eines Crimpkontakts mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Zusammengesetztes Bild (50x)
Zusammengesetztes Bild (50x)
Vergrößertes Bild
Vergrößertes Bild
Zusammengesetztes 3D-Bild
Zusammengesetztes 3D-Bild
Vergrößertes 3D-Bild
Vergrößertes 3D-Bild
Messbeispiel eines 3D-Profils
Messbeispiel eines 3D-Profils

Automatische Messung von gecrimpten Drahtquerschnitten

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verfügt über eine breite Palette von Messwerkzeugen, mit denen der Anwender verschiedene automatische Messungen an einem aufgenommenen Querschnittsbild durchführen kann.
Beispielsweise kann, wie in den folgenden Aufnahmen gezeigt, die Fläche der Drähte automatisch auf dem gecrimpten Kerndrahtquerschnitt gemessen werden. Dadurch kann der Anwender den Zustand der gecrimpten Drähte schnell und quantitativ überprüfen, was durch die Messung der Crimphöhe und die Querschnittsbetrachtung nicht möglich ist.

Automatische Flächenmessung eines gecrimpten Kerndrahtquerschnitts mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Erfasstes Bild (100x)
Erfasste Aufnahme (100x)
Automatische Flächenmessung, beschränkt auf Drahtquerschnitte (100x)
Automatische Flächenmessung, beschränkt auf Drahtquerschnitte (100x)

Das neueste Instrument zur schnellen Reaktion auf Marktanforderungen

Angesichts der gestiegenen Nachfrage und der höheren Marktanforderungen an Kabelbäume ist es notwendig, F&E-, Qualitätsverbesserungs- und Fertigungsprozesse anhand von Daten aus schnellen und genauen Prüfungen zu entwickeln.
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX bietet eine hervorragende Effizienz und gewährleistet präzise Betrachtung, Analyse, Messung und Beurteilung mit nur einem Gerät. Dank einer Vielzahl an erweiterten Messfunktionen ist die Modellreihe VHX ein leistungsstarkes Werkzeug für Industriebereiche, für die sowohl Qualität als auch Schnelligkeit erforderlich sind.

Für weitere Informationen zur Modellreihe VHX klicken Sie bitte auf die unten angezeigte Schaltfläche, um die Broschüre herunterzuladen. Für Anfragen klicken Sie bitte auf die entsprechende Schaltfläche, um KEYENCE zu kontaktieren.