Varianten im Fokus

Birgit Gottsauner, Marketing Promotion SIMATIC Sensors Siemens AG Nürnberg, Bereich Automation and Drives

Kunststoff- oder Lederhülle, drei oder vier Speichen, Multifunktionstasten, Markenembleme und auf das Interieur abgestimmte Farbgestaltung sind nur einige der äußeren Merkmale aktueller Kfz-Lenkräder. Hinzu kommen unterschiedlichste Merkmale im Inneren, wie die Kabelführung sowie diverse Konstruktions- und Funktionselemente. All dies muss vor der vielfach just-in-time geforderten Auslieferung zu 100 Prozent geprüft werden – und zwar möglichst schnell, verlässlich und kosteneffizient.

Um die weiter anwachsende Typenvielfalt auch morgen noch zu beherrschen, hat die Takata-Petri AG, einer der weltweit führenden Hersteller von Kfz-Lenkrädern, Sicherheitsgurten, Airbags und Kindersitzen mit Europazentrale in Aschaffenburg, beizeiten gehandelt und eine neue Generation integrierter Montage- und Prüfstände entwickelt.

Ziel war, eine neue Plattform zu schaffen, die sich mit möglichst wenig zusätzlichem Engineering-Aufwand an die Lenkräder unterschiedlicher Hersteller, deren Typenvielfalt und geforderte Prüfmerkmale anpassen lässt. Als einer der Schlüssel zur Lösung dieser Aufgabenstellung erwies sich der Vision Sensor Simatic VS 725 Color aus dem Sensorik-Spektrum von Siemens.

„Bis zu 100 verschiedene Lenkrad-Varianten sind bei einigen Kunden schon heute keine Seltenheit,“ unterstreicht Klaus Kunkel, Teamleiter Elektrotechnik bei Takata-Petri. Im Durchschnitt sind heute fünf bis sieben Merkmale zu prüfen, künftig eher noch mehr. Kommen außerdem unterschiedliche Farbausführungen dazu, steigt die Anzahl der Varianten noch einmal um ein Vielfaches.

„Mit herkömmlicher Sensortechnik, Initiatoren oder gar mechanisch ist dies, wenn überhaupt, nur mit unwirtschaftlich hohem Aufwand realisierbar“, so Kunkel weiter. „Daher haben wir uns nach einer flexiblen, weitgehend automatisier- und standardisierbaren Lösung umgesehen.“ Diese sollte zugleich kompatibel zu der im Unternehmen bevorzugt eingesetzten Automatisierungstechnik von Siemens sein.

Ein Vision Sensor für fast alles Aufgaben

Angesichts des zunehmenden Trends zur farblichen Lenkradgestaltung fiel die Wahl schnell auf den Vision Sensor Simatic VS 725 Color. Dessen Herzstück ist ein 1/3“ Color-CCD-Sensor-Chip für Farbaufnahmen mit einer Auflösung von 640×480 quadratischen Bildpunkten und Belichtungszeiten von 10 µs bis 1 s. Darauf abgestimmte Objektive und Beleuchtungseinrichtungen ermöglichen eine exakte Anpassung des Vision Sensors an unterschiedliche Aufnahmesituationen.

Damit ist das System prädestiniert für Aufgaben wie Farberkennung, Vollständigkeitskontrolle, Formprüfung, Mustervergleich, Vermessung, Positions/Lageerkennung oder Klarschriftlesen und vergleichen, auch an schnell bewegten Teilen. Der Bildausschnitt ist frei parametrierbar, sodass neben Vollbildern des gesamten Lenkrads, beispielsweise zur Kontrolle des richtigen Durchmessers, auch Details in sehr schneller Abfolge nacheinander erfasst werden können.

An den hier beschriebenen Montage- und Prüfständen für die Produktion im Produktionswerk Arad, Rumänien, spielt die Prüfzeit eher eine untergeordnete Rolle, da der Anteil am gesamten Prozess mit zwei bis 15 Sekunden vergleichsweise gering ist. Die Montagezeiten betragen bis zu zwei Minuten, sodass im Wesentlichen der Werker die Durchlaufzeit bestimmt.

Auf zwei von vorerst vier neuen Prüfständen wird per Vision Sensor unter anderem zu 100 Prozent kontrolliert, ob alle drei Kontaktnieten für die Hupe vorhanden sind, ob alle Anschlusskabel vollständig und richtig verlegt sind und ob die Schenkelfedern zur Aufnahme des Fahrerairbags richtig montiert sind. Insgesamt werden auf diesem Prüfstand acht Kriterien mit einer einzigen Kameraaufnahme überprüft.

Es kann aber auch notwendig sein, Ausschnitt und/oder Belichtungszeit zu verändern, was mehrere Subroutinen im Programm und entsprechend längere Prüfzyklen erforderlich macht. So oder so fixiert der Werker das Lenkrad und wählt am Simatic-HMI-Bediengerät den zu montierenden/prüfenden Typ aus, worauf das zugehörige Prüfprogramm in der Steuerung aktiviert wird. Nur wenn alle Komponenten an Ort und Stelle, in der richtigen Lage und auch die farblichen Vorgaben erfüllt sind, bekommt der Werker das OK von der Steuerung, um die Arretierung über Schlüsselschalter freizugeben und das Lenkrad wieder zu entnehmen.

Neben der universellen Anwendbarkeit war es den Entwicklern von Takata-Petri wichtig, eine einfache Verbindung zur Prüfstandsteuerung Simatic S7–300 zu erhalten. Siemens bietet dafür optional das Schnittstellenmodul VS Link Profibus, das zugleich Voraussetzung ist, um Prüfbilder und Ergebnistabellen zu visualisieren. Das Modul ist mit je einer Schnittstelle zur Anbindung an Ethernet (10/100 MBit/s), Profibus DP/FMS (bis 12 Mbit/s), VGA und RS232 bestückt. Damit sind alle Voraussetzungen gegeben, um bei Bedarf auch Prüfdaten an überlagerte Systeme zu übertragen oder Ferndiagnosen über das Internet durchzuführen.

Auch an Prüfständen ohne Simatic Vision Sensor setzt Takata-Petri durchgängig Automatisierungstechnik von Siemens ein. So sorgt das Antriebssystem Micromaster für präzise Bewegungen einer Ausführung mit Rundtisch, auf der über Positionierbaugruppen FM 353 und Schrittmotoren drei Achsen zum programmierbaren Verfahren eines Taststößels angesteuert werden. Geprüft werden hiermit beispielsweise die Bedientasten einer Lenkradschaltung auf ihre Leichtgängigkeit. „Dank der Durchgängigkeit der Simatic-Welt“, sagt Klaus Kunkel, „wäre es kein großer Aufwand, auch hier bei Bedarf einen Vision Sensor hinzuzufügen.“

Die Kamerabilder werden über das VS-Link-Modul an einem separaten Monitor angezeigt. Als Standardgerät zum Bedienen und Beobachten kommt künftig bei allen Prüfständen ein Touch Panel Simatic TP170B Color zum Einsatz, das bei intuitiver Benutzerführung eine übersichtliche Darstellung der aktuellen Messdaten gestattet.

Erstellt, editiert, getestet und zum Vision Sensor übertragen werden die Prüfprogramme mit dem Projektierungswerkzeug Simatic Spectation unter Windows. Um bei der erstmaligen Anwendung des Vision Sensor Systems nicht unnötig Zeit zu verlieren, hatte das Aschaffenburger Team dafür den kosten- losen Grundkurs bei Siemens in Nürnberg besucht. Wenn man’s einmal gemacht hat, so Klaus Kunkel mit Blick auf seine Prüfapplikationen, sei das Einrichten neuer Varianten mit dem Spectation-Tool wirklich ein Kinderspiel. Selbst komplexere Prüfzyklen ließen sich damit sehr komfortabel in kürzester Zeit projektieren.

„Die Funktionalität des Simatic Vision Sensors VS 725 Color hat unsere Anforderungen und Erwartungen erfüllt. Wir sind mit der gefundenen Lösung insgesamt sehr zufrieden,“ schließt Kunkel. Die ersten vier Tische für das Werk in Rumänien wurden innerhalb von vier Monaten realisiert und werden nach ihrer Überführung jährlich weit über 500.000 Lenkräder prüfen.

Siemens AG, Fürth

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