Ein namhaftes Zulieferunternehmen der Automotive-Branche suchte nach einer universellen Lösung für den Test der verschiedenen Schalter, die sich im Fahrzeug-Cockpit befinden. Dazu gehören Tasten, Wippschalter und Drehschalter. Die Einsatzfelder der Schalter sind recht unterschiedlich. Da geht es um so einfache Dinge wie An- / Aus-Funktionen, Fensterheberschalter oder aber auch um Drehschalter mit mehreren Stellungen und unterschiedlichen elektrischen Kontakten und Potentiometern. Ein-Aus-Taster besitzt nur eine Druckschwelle, Fensterheberschalter hingegen haben eine Fahrzeug spezifische Druck- und Zugfunktion. Hinzu kommt, dass bei diversen Tastern, wie auch bei den Fensterheberschaltern, die Schaltwippe nicht einfach axial gedrückt wird, sondern einer Kreisbahn folgt. Die Vorgabe war, alles, die Haptik, die Beleuchtung der Schalter und ihre elektrische Funktion zu testen. Selbstverständlich sollte die Testanlage umrüstbar sein für die Schalter verschiedener Hersteller und Fahrzeug-Modelle.
Das Baden-Württembergische Messtechnik-Unternehmen MCD Elektronik ist auf den Bau solcher Prüfanlagen spezialisiert und bekam den Auftrag für die Konzeption einer End-of-Line Testlinie.
Kfz-Schalter im Härtetest
Man entschied sich für fünf Stationen, deren Besonderheit zwei Roboter-Zellen bilden. In diesen Stationen mit den 6-Achs-Roboterarmen werden die Drehschalter von Panels für Licht und Klimaanlagen geprüft. Sie werden ergänzt durch zwei AOI Tester (Automated Optical Inspection), die über hochauflösende Farbkameras die Symbole auf den Prüflingen untersuchen. Die fünfte Station der Linie ist für den Test der Fensterheberschalter vorgesehen. Auch hierbei werden Drehbetätigungs-, Widerstands- und Drehmomentmessungen analysiert. Gleichzeitig wird das Panel in der Prüfzelle automatisch kontaktiert und funktional getestet.MCD Geschäftsführer Bruno Hörter: „Bei der optischen und der haptischen Überprüfung konnten wir auf bewährte Lösungen zurückgreifen. Der rotative Test von Drehschaltern mit einem Roboter war Neuland für uns.“
Der Auftraggeber hatte für die Roboterzellen den Mitsubishi-Typ Melfa RV 4FLM D vorgegeben. Der Hersteller liefert dazu eine universelle Steuerungssoftware, die sich allerdings nichtoptimal für Prüfumgebungen eignet. Ohnehin war es das Bestreben in diesem Projekt, eine einfache und einheitliche Bedienoberfläche zu bekommen. Das motivierte MCD, selbst eine Lösung für die Roboter-Steuerung zu entwickeln. Bei MCD fiel dabei die Wahl auf die eigene Software-Plattform ‚MCD Toolmonitor‘. Das Ergebnis ist eine applikationsspezifische Variante dieses Programms, der „Toolmonitor Robotics“. Das Programm unterstützt und ermöglicht nicht nur die Steuerung des Mitsubishi Roboters sondern auch verschiedener anderer Roboter-Typen, XYZ-Achsen oder Kombinationen daraus, wie sie innerhalb der Elektronikfertigung gebräuchlich sind.
Wir können auch Roboter
Mit dem Toolmonitor Robotics bekommt die komplette Testanlage ein einheitliches Benutzerinterface. Über das Interface kann man die Achsen manuell bedienen, die Roboterpositionen festlegen und einlernen. Sogenannte Snapshots halten wichtige Positionen fest, die einzeln oder in Sequenzen angefahren werden. Durch die Integration mehrerer, aneinander gereihter Snapshots bekommt man einen effizienteren Programmablauf, da das aufwändige Umladen des Programmspeichers entfällt.
Greifarme am Roboter gehören als Abschlusselement zur kinematischen Kette. Auch sie werden über den Toolmonitor geöffnet, geschlossen und gemäß den Achsen bewegt. Toolmonitor Robotics erlaubt die Steuerung von Kugel-, Rotations-, Torsions- und Lineargelenken sowie von Plattformen und Greifarmen. Das Programm fügt sich in übergeordnete Fremdsoftware über eine COM/DCOM-Schnittstelle oder eine Net – Assembly ein. Das erleichtert die Einbindung in eine Vielzahl von Applikationen, wie Microsoft Visual Studio (C#, C++, Visual Basic), Microsoft Office (z.B. Excel), Open Office, LabView, MCD TestManager CE.
Für die Drehbetätigungs- und Haptikprüfung samt Kraft-Wege-Messung arbeiten mehrere Programme von MCD zusammen. Die Funktionen des Toolmonitor Robotics werden ergänzt vom ‚TestManager CE‘ und dem ‚Toolmonitor Grafische Auswertung‘.
Alles kommt auf den Prüfstand
Bei den Messungen werden nicht nur die haptischen und die Bildverarbeitungsaufgaben erledigt. Hinzu kommt die komplette Funktionsprüfung über die LIN Busse des Prüflings. Die Funktionsprüfung erfasst dabei alle Punkte, die für solche Panels wichtig sind. Strom, Spannung, Schaltwiderstände, Wege, Zeiten, Spannungen, Kodierungen, Schaltpunkte synchron zur Betätigung, Rastpunkte bei Drehreglern, Anwesenheit der Kontakte, Übergangswiderstände uvm.
Die Stationen 3 und 4 werden über den ‚MCD Toolmonitor Vision‘ gesteuert. Hier werden Bedienteile wie Hauptlichtschalter und Klimasteuergeräte optisch untersucht. Geprüft werden die Symbolerkennung bei Tag- und Nachtbeleuchtung sowie die Positionserkennung der Symbole relativ zu Referenzpunkten (Tasterecken). Die Helligkeit und die Farbwerterkennung von Hintergrund- und Funktionsbeleuchtung werden ebenfalls mittels Bildverarbeitung geprüft. Nach der Messung erfolgt ein automatischer Abgleich und Kalibrierung der LED-Beleuchtung. Zusätzlich wird noch ein Kurzschlusstest durchgeführt und die Stromaufnahme gemessen.
In der fünften Station werden die Bedienteile für Fensterheber (Fahrer, Beifahrer) geprüft. Die Prüfstation untersucht die elektrische Funktion, Kurzschluss, Verbindungstest sowie Ruhestrom- und Aktiv Stromtest. Für die CDDC Modul Prüfung steht das LIN Master Automotive Interface zur Verfügung. Die DDC und RDC Modul Prüfung erfolgt mittels Widerstandsbestimmung durch Multimeter und ULC Datenerfassungskarte. Bei allen Kontaktstiften wird eine mechanische Taumelkreisprüfung voreilend zu jeder Kontaktierung vorgenommen. Die Fensterheberschalter werden von einem elektromotorisch angetriebenen Finger betätigt. Parallel dazu erfasst die Station die Drehmomente, Drehwinkel, Kräfte, Wege, Widerstandsverläufe in Hin / Rückweg Aufzeichnung und Bewertung (über LIN Bus oder Analog).
Der Blick aufs Ganze
Der MCD DatenManager ist schließlich zuständig für die Bewertung der Prüfergebnisse, statistische Aufzeichnungen und Auswertungen. Es werden Trends bei den Messwerten identifiziert, so können Abweichungen und Ausfälle entdeckt werden, bevor sie überhaupt entstehen. Die komplette Linie ist vernetzt und alle Daten laufen an einem zentralen Punkt zusammen. Es besteht eine SQL-Anbindung für die Messdatenerfassung. Über eine eigene übergelagerte Steuerung können alle Parameter und Einstellungen geändert und abgerufen werden. Hier definiert der Anwender den gesamten Arbeitsablauf und die Prüfinhalte. Bruno Hörter: „Als besonderen Leckerbissen haben wir ein eigens entwickeltes Manufacturing Execution System, MES, integriert. Damit lassen sich alle Systeme zentral in der Linie verwalten und können einheitlich an neue, zukünftig zu prüfende Typen, Varianten bzw. Prüflinge angepasst werden. Das MES wurde individuell nach Wunsch und Anforderung des Kunden umgesetzt. Das Ganze sorgt für eine Qualitätsoptimierung bei gleichzeitiger Produktionssteigerung.“
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