Sensortechnik, Engineering und Abwicklung aus einer Hand
Schlüsselfertige Vision-Lösungen
Pepperl+Fuchs bietet neben einem umfangreichen Vision-Produktportfolio nun auch Lösungsunterstützung für seine Kunden. Der 2022 neu gegründete Geschäftsbereich Factory Solutions konzentriert sich auf genau diese schlüsselfertigen Lösungen. Das Leistungsangebot beinhaltet die IIoT-gerechte Digitalisierung von Anlagen und Prozessen (Neoception), die Projektierung und Realisierung von kompletten Bildverarbeitungs- und Robot-Vision-Lösungen (VMT Bildverarbeitungssysteme), sowie Gesamtautomatisierungslösungen (Polyplan).
Bild: Pepperl+Fuchs SEWie das Zusammenspiel der einzelnen Bereiche funktioniert, wird am Beispiel der Batteriefertigung deutlich. Der Lithium-Ionen-Akku ist ein zentrales Element von Klimaschutz und Dekarbonisierung. Mit seiner alltäglichen Präsenz ist er inzwischen - technisch nicht ganz korrekt - zum Synonym der ´Batterie´ geworden und wird meistens als solche bezeichnet. Das gilt auch in der Industrie, die weltweit mit Hochdruck am Ausbau der Kapazitäten für die Batteriefertigung arbeitet. Die Herstellung der Energiespeicher mit großer Ladungskapazität ist nicht nur komplex, sondern stellt auc hhohe Anforderungen an die Qualität der zahlreichen Prozessschritte. Sie reichen von der Herstellung der Elektrodenfolien bis zum Versiegeln der zusammengefügten Batteriemodule. Hier soll der Einsatz von optischen Sensoren bei der Zusammenstellung dieser Module aus den bereits gefertigten Batteriezellen näher betrachtet werden.
Bild: Pepperl+Fuchs SEMulti-Code-Lesung
Eine meist zweistellige Anzahl dieser zylindrischen Zellen wird zu einem Batteriepack zusammengestellt. Dabei wird anhand von Codes auf jeder Zelle die Anzahl der vorhandenen Elemente erfasst sowie eine individuelle Identifikation für die Qualitätssicherung und die Rückverfolgbarkeit festgehalten. Dafür müssen zahlreiche Codes gleichzeitig gelesen werden, häufig bei hohem Durchsatz und großer Prozessgeschwindigkeit. Die Codes sind oft sehr klein und auf gewölbten Oberflächen aufgebracht. Der Codeleser muss also in der Lage sein, zugleich ein großes Lesefeld zu erfassen und mit hoher Auflösung auch sehr kleine Codes zuverlässig zu erkennen. Die VOS-Vision-Sensoren können bis zu 64 Codes gleichzeitig erfassen. Die Multi-Code-Lesung funktioniert zuverlässig auch bei sehr kleinen Codes und hohem Tempo. Ein Fehlen von Zellen wird sofort erkannt; bei einer Fehllesung steht ein Fehlerbild zur Verfügung. Der Sensor erfasst auch die Qualität der Codes und gibt bei ungenügender Codequalität ein entsprechendes Signal aus.
Bild: Pepperl+Fuchs SEPositionskontrolle
Die Zellen werden anschließend aufrecht nebeneinanderstehend, wie Flaschen in einer Getränkekiste, zu einem Batteriepack zusammengefügt. Vor der Weiterverarbeitung wird überprüft, ob alle Zellen gerade ausgerichtet und ohne Überstand angeordnet sind. Die Kontrolle findet im laufenden Prozess und vollautomatisch statt, während die noch offenen Batteriepacks sich zügig auf einem Förderband oder einer Rollenbahn bewegen. Diese Aufgabe wird von Vision-Sensoren der Serie SmartRunner erledigt. Dafür sind grundsätzlich zwei Varianten des Gerätetyps geeignet. Der SmartRunner Matcher erfasst mit seiner 2D-Lichtschnittsensorik eine Konturlinie der angeordneten Zellen. Die dritte Dimension wird durch die Bewegung hinzugefügt. Der SmartRunner Explorer 3D erstellt dagegen mittels seiner Stereo-Vision-Technologie ein hochaufgelöstes 3D-Punktwolkenbild des gesamten Messbereichs, in dem das Zielobjekt auch ohne Bewegung in allen benötigten Details abgebildet wird.
Kleberaupenprüfung im Fertigungstakt
Das Batteriepack wird nun in einer Wanne platziert und mit elektrischen Anschlüssen versehen. Die Wanne soll die stromspeichernden Elemente unter anderem vor Feuchtigkeit und Korrosion schützen. Sie wird verschlossen und mit einem aufgeklebten Deckel hermetisch versiegelt. Zugleich muss sie aber auch die unverzichtbare Wärmeableitung gewährleisten. Daher wird auf der Innenseite, vor dem Einbringen des Batteriepacks, eine Wärmeleitpaste aufgetragen. Diese beiden Vorgänge sind technisch identisch: Der Klebstoff und die Paste werden von einem Roboterarm durch eine Düse in Raupenform an den entsprechenden Stellen aufgetragen. Natürlich soll die Raupe gleichmäßig geformt sein und darf keinerlei Unterbrechungen aufweisen. Zugleich soll das Material so sparsam wie möglich verwendet werden. Insbesondere die Wärmeleitpaste ist nicht nur teuer, sondern auch schwer. Mit einem passenden Auftragen werden also sowohl Kosten als auch Gewicht reduziert. Neu entwickelt wurde ein Sensor, der die Kontur der Klebe- bzw. Pastenraupe im laufenden Prozess kontrollieren konnte. Auf diese technologische Lücke sind die Ingenieure der Pepperl+Fuchs-Tochter VMT gestoßen, als sie sich mit dem Verkleben von Windschutzscheiben im Automobilbau beschäftigten. Dort wird ebenfalls eine Kleberaupe von genau definierten Ausmaßen benötigt.
VMT ist auf individuelle, schlüsselfertige Bildverarbeitungs- und Lasersensorsysteme für alle Industriesparten spezialisiert und bietet diese als Systemlösungen an. Für die Kleberaupenkontrolle entstand die Idee, einen Doppelkopf-Laserlichtschnittsensor mit eigener Drehachse einzusetzen, der am Roboterarm befestigt ist und das Auftragen unmittelbar und kontinuierlich erfasst, somit absolut Taktzeitneutral arbeitet. Für die eigentliche Produktentwicklung wandteman sich an die Optik-Spezialisten im Bereich Industrial Vision Components der Muttergesellschaft.
Aus der Kombination der genauen Kenntnis der Anwendung und dem technologischen Know-how des Sensorherstellers entstand der SpinTop 3D. Dieser vermisst die 3D-Kontur der Kleberaupe während des Auftragens kontinuierlich auf bis zu 0,1mm genau. Der neue Sensor arbeitet dank einer berührungslosen optischen und induktiven Kopplung zwischen dem festen und dem drehbarem Teil vollständig verschleißfrei. Der Sensor ist für Kleberaupen unterschiedlicher Größe und beliebiger Form geeignet. Er erfasst sie unabhängig von Farbe und Oberflächeneigenschaften sowohl des Klebstoffs als auch des Untergrunds. In der Batteriemodulmontage etwa unterscheidet sich die Raupe der Wärmeleitpaste oft stark von der Kleberaupe zur Abdichtung oder Versiegelung im Automobilbau. Dennoch können beide mit demselben Sensor kontrolliert werden. Der SpinTop 3D wird direkt um die Klebedüse installiert. Die Einheit kann dann sowohl durch einen Roboter entlang des Werkstücks geführt als auch in einer feststehenden Ausführung eingesetzt werden. Der Sensorkopf wird unabhängig von der Orientierung der Klebedüse bewegt, was die vollständige messtechnische Abdeckung des Verlaufs ermöglicht. Die Messabstände können flexibel gewählt werden, aufwendige Parametrierung und Kalibrierverfahren sind nicht erforderlich.
Als Dashcam für die Überwachung kritischer Abläufe steht die Industrial Event Camera VOC zur Verfügung. Sie hält in einem Ringpuffer kontinuierlich die jeweils letzten 60 Sekunden des durchlaufenden Live-Videostreams fest. Bei Ereignissen außer der Norm löst ein Triggersignal das Speichern eines Videomittschnitt aus. In einer 120 Sekunden langen Sequenz wird damit die Ursache des Ereignisses sowie der anschließende Zustand dokumentiert. Die daraus gewonnen Erkenntnisse dienen der stetigen Prozessoptimierung.
Automatisierungstechnische Gesamtlösungen
Wie aufgezeigt greifen die Abläufe bei der Batterieproduktion direkt ineinander und können als ein zusammenhängender automatisierungstechnischer Prozess betrachtet werden. Pepperl+Fuchs bietet für solche komplexen Anwendungen passende automatisierungstechnische Gesamtlösungen an. Dabei bilden die jahrzehntelange Erfahrung in der Sensor- und Automatisierungstechnik die Grundlage. Zudem erbringen unternehmenseigene Kompetenzzentren mit spezialisiertem Fokus die benötigten projektbezogenen Leistungen: Die VMT Bildverarbeitungssysteme bietet hier umfassendes Engineering für Bildverarbeitungslösungen an. Die P+F-Tochter, Polyplan, ist auf kundenspezifische Polyurethanschaum- und Hohlraumkonservierungsanlagen spezialisiert. Ihr Produktportfolio reicht von kleinen Anlagen für die manuelle Anwendung bis zu komplexen, robotergestützten Anlagen. Die Firma verfügt über umfassendes Robotik-Know-how und kann als Generalunternehmer fungieren. Wenn es darum geht, die Intelligenz und Kommunikationsfähigkeit von Anlagen sowie die dazugehörigen Prozesse im Sinne von Industrie 4.0 weiterzuentwickeln, kommt Neoception ins Spiel. Diese Einheit wurde als eigenständiger Industrie-4.0-Provider für die Entwicklung von industriellen IoT-Lösungen gegründet. Mit dieser Struktur verbindet Pepperl+Fuchs die Stärken eines großen Technologiekonzerns mit der Flexibilität und dem individuellen Herangehen, das spezialisierte Dienstleister bieten können. Die Kunden profitieren dabei doppelt, da sie das alles aus einer Hand bekommen.
Bild: Pepperl+Fuchs SEMulti-Code-Lesung
Eine meist zweistellige Anzahl dieser zylindrischen Zellen wird zu einem Batteriepack zusammengestellt. Dabei wird anhand von Codes auf jeder Zelle die Anzahl der vorhandenen Elemente erfasst sowie eine individuelle Identifikation für die Qualitätssicherung und die Rückverfolgbarkeit festgehalten. Dafür müssen zahlreiche Codes gleichzeitig gelesen werden, häufig bei hohem Durchsatz und großer Prozessgeschwindigkeit. Die Codes sind oft sehr klein und auf gewölbten Oberflächen aufgebracht. Der Codeleser muss also in der Lage sein, zugleich ein großes Lesefeld zu erfassen und mit hoher Auflösung auch sehr kleine Codes zuverlässig zu erkennen. Die VOS-Vision-Sensoren können bis zu 64 Codes gleichzeitig erfassen. Die Multi-Code-Lesung funktioniert zuverlässig auch bei sehr kleinen Codes und hohem Tempo. Ein Fehlen von Zellen wird sofort erkannt; bei einer Fehllesung steht ein Fehlerbild zur Verfügung. Der Sensor erfasst auch die Qualität der Codes und gibt bei ungenügender Codequalität ein entsprechendes Signal aus.
Pepperl+Fuchs SE
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 10 (Oktober) 2022 - 23.09.22.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
