Vom Laser zur BV

Harald Mikeska, Geschäftsführer der VMT Bildverarbeitungssysteme GmbH, Weinheim

Verdampfer in Klimaanlagen funktionieren ähnlich wie der Kühlschrank zu Hause: durch das Verdampfen eines Kältemittels wird der Umgebung Wärme entzogen, d. h. Umgebungstemperatur sinkt. Was sich als sichtbare Rippe durch den Kühlschrank zieht, sind im Verdampfer eine Vielzahl von Kanälen, durch die das Kältemittel geleitet wird. Sind die Kanäle eines Verdampfers jedoch nicht richtig ausgebildet, d. h. ihre „Schaltung“ nicht einwandfrei, ist der Kältemitteltransport behindert und die Klimaanlage funktioniert nicht. Organisatorische, fertigungs- und prüftechnische Randbedingungen sorgen bei Behr jedoch dafür, dass nur i. O. – Einheiten ausgeliefert werden.

Der Behr-Konzern ist mit etwa 10.000 Mitarbeitern auf den weltweiten Automobilmärkten zuhause. Operative Einheiten, Lizenznehmer und Betriebsstätten befinden sich an nahezu allen wichtigen Fertigungsstandorten. Der Inlandsanteil am Gesamtumsatz liegt bei etwa 60 %; der Anteil der in den deutschen Werken beschäftigten Mitarbeiter entspricht diesem Wert. Das Werk Mühlacker wurde 1998 im Bereich Organisation zur „Fabrik des Jahres“ gekürt. Damit bescheinigten die Juroren „herausragende Leistungen zur Steigerung von Effizienz und Effektivität in der Fertigung“. Mit etwa 25% Anteil leisten die Scheibenverdampfer dabei einen wesentlichen Fertigungsbeitrag zur Gesamtproduktion im Produktcenter Kühlung dieses Werkes.

Als Behr vor wenigen Jahren den gelöteten Scheibenverdampfer entwickelte und vorstellte, war dies aus einer Reihe von Gründen innovativ. Diese Klimaanlagen-Komponente lässt sich kostengünstiger herstellen als der bislang rein mechanisch gefügte Rundrohrverdampfer, sie bietet eine bessere Wärme-übertragung und besitzt bei gleichem Wirkungsgrad ein wesentlich geringeres Gewicht. Der Anteil gelöteter Scheibenverdampfer stieg bei Behr folgerichtig zunehmend an und liegt heute bei über 70 %.

Das neue Produkt erforderte einen Umstieg von der bisher eingesetzten Prüftechnik per Laserabtastung auf intelligente Bildverarbeitungssysteme. Besonders wichtig für die Auswahl der richtigen Technologie war die Eignung für den Einsatz im Industrieumfeld sowie die Realisierbarkeit eines Verfahrens, bei dem Produkt- und Positionstoleranzen nicht zu falschen Prüfergebnissen führen. Bedenkt man, dass pro Tag etwa 9.000 Scheibenverdampfer produziert werden, dass ihr Komponentenwert bei ca. DM 60,- bis DM 70,- liegt und der Austausch einer Klimaanlage mit nicht optimal geschaltetem Verdampfer Kosten von mindestens DM 2.000,- nach sich zieht, wird die Notwendigkeit einer zuverlässig arbeitenden Inspektionslösung deutlich.

Bei den Elementen eines Verdampfers handelt es sich um zwei rechteckförmige Scheiben von etwa 200 mm x 65 mm, die in einer definierten Reihenfolge zu einem Paket von 50 Teilen zusammengeführt werden. Diese Pakete werden mit Wärmeübertragungslamellen und Anschlussscheiben ergänzt und anschließend zu einem Verdampfer zusammengelötet. Hierbei entstehen die idealen Fließwege für das Kältemittel, welche entscheidend für die Leistung der Klimaanlage sind. Die Kassettierung dieser Einzelelemente erfolgt vollautomatisch. Dennoch könnten u. U. Störungen dazu führen, dass einzelne Verdampferelemente falsch in den Block eingefügt werden und dadurch die idealen Fließwege nicht zustandekommen.

Dies zu erkennen ist die Aufgabe des Bildverarbeitungssystems INSPECT von VMT, das in der von VMT als Generalunternehmer gelieferten Verdampfer-Montage und Inspektionsanlage (VMIA) integriert ist. Durch die komplette Ausführung von Konstruktion, Maschinenbau und Integration des Bildverarbeitungssystems bei VMT konnten die Anforderungen seitens Behr optimal umgesetzt werden. Die Anlage besteht aus einer mechanischen Aufnahme- und Spanneinrichtung sowie – innerhalb der Maschine – einer Prüfkammer mit speziellen Beleuchtungseinheiten und einer CCD-Kamera. Die Auswertung der Kamerabilder erfolgt auf einem angeschlossenen PC, der entsprechende Schaltsignale an die Anlagensteuerung überträgt. Insgesamt sind 16 VMIA im Einsatz, wobei jedes System in der Lage ist, alle hier gefertigten, unterschiedlichen Verdampfertypen zu montieren und zu prüfen. Die typbezogen relevanten Prüfparameter werden per Knopfdruck aufgerufen, die Anpassung der Aufnahmemechanik für den jeweiligen Verdampfer erfolgt durch schnellen Werkzeugwechsel.

Bei INSPECT handelt es sich um ein leistungsfähiges Bildverarbeitungssystem für komplexe und schnelle Prüfaufgaben, das speziell für die Montageinspektion entwickelt wurde. Es wird in unterschiedlichen Applikationen in der Automobilindustrie erfolgreich eingesetzt. Die besonders einfache Handhabung des Systems durch moderne Bedienoberflächen unter Windows 95 oder Windows NT erleichtert die applikationsspezifische Parametrierung bei der Inbetriebnahme und im späteren Produktionseinsatz. Umfangreiche Prüffunktionen stehen zur Verfügung. Die Erkennungsverfahren von INSPECT sind selbstlernend und optimiert, so dass die zuverlässige Positionsüberwachung und Auswertung von flexibel antastbaren Prüfmerkmalen auch bei schwankenden Helligkeiten, Oberflächen und Erscheinungsbildern sichergestellt ist. Die an der VMIA durch eine Fördereinrichtung bereitgestellten Kassetten werden vom Mitarbeiter manuell in den Montage- und Prüfautomaten eingesetzt. Die Aufnahmemechanik spannt die Blöcke und transportiert sie in die Prüfkammer. Ein spezielles beleuchtungsoptisches Konzept sorgt für das richtige Licht am Prüfling. Das aufgenommene Bild wird vom Bildverarbeitungssystem typspezifisch überprüft. Untersucht wird, ob an bestimmten Stellen die nur wenige Millimeter großen Kerben oder Kennzeichnungen wie erforderlich vorhanden sind. Gleichzeitig wird auch kontrolliert, dass an Stellen, an denen keine Kennzeichnungen sein dürfen, auch tatsächlich keine vorhanden sind. Diese optische Prüfung erfolgt in weniger als einer Sekunde; der gesamte Prüfzyklus einschließlich dem Ein- und Ausfahren des verdampfers in die Prüfkammer dauert nur etwa drei Sekunden. Danach steht fest, ob der Scheibenverdampfer i.O. oder n. i. O. ist. Ist der Prüfling einwandfrei, wird er aus der Prüfzone zur Entnahme nach vorne gefahren, entnommen und auf einen Transportwagen gesetzt. Tritt ein Fehler auf, muss der Mitarbeiter das Öffnen der Maschine und Entnehmen des Verdampfers manuell quittieren – ein zusätzlicher Schutz gegen unbeabsichtigtes Bereitstellen für den Lötprozess.

Auf dem Monitor von INSPECT werden alle Prüfergebnisse für den Maschinenbediener visualisiert: ein grünes „Verdampfer i. O.“ wird nur in wenigen Fällen durch ein rotes „Verdampfer fehlerhaft“ ersetzt. In diesem Fall werden auf dem Monitor des Prüfsystems zusätzlich alle erkannten Fehlstellen angezeigt. Wieviel Promille die Fehlerrate tatsächlich betragen hat, wird am jeweiligen Schichtende ermittelt, statistisch ausgewertet und dokumentiert. Die Ergebnisse werden sowohl im Bildverarbeitungssystem gespeichert als auch über die vorhandenen Schnittstellen an die übergeordnete Steuerung übertragen. Auf diese Weise liegen auf beiden Ebenen die Montage- und Prüfinformationen vollständig und reproduzierbar vor.

Alle Verdampferlinien und damit alle 16 VMIAs laufen im Dreischichtbetrieb an sechs Tagen in der Woche. In dieser Zeit werden im Durchschnitt 54.000 Scheibenverdampfer kassettiert, geprüft und gelötet. Je nach Auslastung wird im Werk Mühlacker alle fünf bis sechs Sekunden ein Verdampfer fertiggestellt. Durch die Kombination von INSPECT-Bildverarbeitungssystem und Montageautomat als eine kompakte Einheit werden unnötige Bearbeitungskosten für das Löten defekter Verdampfer ebenso vermieden wie die Auslieferung fehlerhafter Aggregate und die beträchtlichen Folgekosten für ihren Austausch. Darüber hinaus wird das Unternehmen Behr so auf zuverlässige Weise seinem hohen Anspruch in puncto Qualität und Kundenzufriedenheit gerecht, was am Ende der Kette jeder Besitzer eines klimatisierten Fahrzeuges zu schätzen weiß, wenn es mal wieder richtig heiß wird.

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