Zange automatisch geprüft

Prüfen - Im Karosseriebau der BMW-Werke werden Punktschweißzangen und Handlinggeräte regelmäßig geprüft. Automatisierte Prüfung mit eigener Kleinsteuerung, Visualisierung, E/A-Geräten und Archivierung erleichtert diese Arbeit.

10. Oktober 2005

BMW setzt im Rohbau und in der Montage Schweißzangen und Handlings ein. Für eine konstant hohe Fertigungsqualität werden deren elektrische und mechanische Kenngrößen regelmäßig geprüft. Ein Automatisierungskonzept ersetzt die bisher manuellen Prüfungsverfahren. BMW hat das Verfahren in Zusammenarbeit mit Phoenix Contact entwickelt und implementiert.

Die Schweißzange beeinflusst die Qualität der Verbindungen

Jeden Tag verlassen einige hundert Fahrzeuge der verschiedenen Modellreihen den Karosseriebau der BMW-Werke in aller Welt. Dabei werden stündlich viele Tausend Schweißpunkte ge­setzt. Schweißzangen treffen auf unterschiedliche Umgebungsbedingungen, Blechstärken und Oberflächenstrukturen. Als komplexes mechanisches Gebilde ist die Schweißzange maßgeblich für die Qualität der Schweißverbindungen verantwortlich, die von vielen Faktoren abhängt. Neben den elektrischen Werten Schweißstrom und Schweißspannung spielen auch Qualität und Beschaffenheit der Elektroden-Oberfläche an der Schweißzange eine wichtige Rolle. Die Oberflächeneigenschaften, die sich im elektrischen Widerstandswert widerspiegeln, stehen in direktem Zusammenhang mit den elektrischen Schweiß-Kenngrößen.

Wichtig für gute Verbindungen beim elektrischen Widerstandsschweißen sind auch der Anpressdruck der Zangenhälften sowie die Oberflächen­struktur der Schweißkappen, die direkten Kontakt zu den Blechen haben. Dem hohen Qualitätsanspruch, den BMW als renommierter Fahrzeughersteller besitzt, muss jede einzelne Schweißverbindung gerecht werden. Nach speziellen Wartungsplänen in den einzelnen Werken, aber auch bei Fehlern und Auffälligkeiten im Feld werden die Schweißzangen in der Schweißwerkstatt untersucht.

Die Funktionskontrolle der Schweißzangen übernommen

Ein von BMW entwickelter und von der Automatisierungs-Software PC Worx von Phoenix Contact gesteuerter Testablauf übernimmt im Vorfeld die Funktionskontrolle der Schweißzangen. In der Vergangenheit hatte jede Werkstatt ihre eigenen individuellen Zangenprüfstände, die nicht mobil und wenig flexibel waren. Schweißstrom und -spannung sowie Anpressdruck wurden manuell an Rund­zeiger-Instrumenten abgelesen, die in die Schaltschranktür eingebaut waren. Neben dem hohen Zeitaufwand bei der Prüfung erwies sich auch der hohe Platzbedarf der Prüfstände als Nachteil. Der elektrische Anschluss erfolgte für jede einzelne Zange neben dem Pneumatikanschluss aufwändig über Einzeldrahtklemmen. Aus diesen Gründen entstand bei BMW der Wunsch nach einer kompakten und flexiblen Einheit inklusive Steuerung. In enger Kooperation mit Phoenix Contact wurde die standortübergreifende Automatisierung der Prüfstände in den Roboterwerkstätten von BMW als Ziel definiert. Neben der Schweißzangenprüfung brachten die BMW-Spezialisten aus den Werken in München und Leipzig noch eine weitere Anforderung in das Projekt ein: die Verbes­serung der Handling-Prüfung. Handlings sind pneumatisch über Ventile gesteuerte Greifereinheiten, die wie Roboterhände Einzelteile greifen und über den Roboterarm an die gewünschte Stelle der Rohkarosserie befördern. Aufgrund der unterschiedlichen Formen der zu produzierenden Teile sind auch die Handlingwerkzeuge unterschiedlich ausgeprägt. Das Funktionsprinzip dieses rein mechanischen Tests ist immer gleich.

Vereinfachte Abläufe durch neues Automatisierungskonzept

Das neue Automatisierungskonzept ist schnell umrissen: Zentral steuern, visualisieren und dokumentieren - dezentral prüfen. Als Steuerung bot sich die Kleinsteuerung ›ILC 200 IB‹ von Phoenix Contact an, die mit der Automatisierungs-Software PC Worx nach IEC 61131 programmiert und mit der auch das Feldbussystem Interbus konfiguriert wird. Zur Vernetzung der Automatisierungstechnik setzt BMW nach wie vor auf Interbus. Dieses Feldbussystem bietet eine Übertragungsrate von 2 Mbaud sowie die komplette Vernetzung in Lichtwellenleitertechnik. Interbus wird bei BMW direkt über Rugged-Line-Module in Schutzart IP 67 auf die Werkzeuge geführt. Bei Bedarf kann ohne Mehraufwand die mit PC Worx programmierte Steuerung ILC 200 IB durch die nach oben busoffene Steuerung ILC 200 UNI ersetzt werden.

Zur Visualisierung der Prüfschritte und -ergebnisse kommt ein Panel vom Typ TP32 der Sütron electronic GmbH zum Einsatz, das in einem kleinen Steuerschrank untergebracht ist. Der Steuerschrank stellt folgende Funktionen bereit:

¦ Visualisierung über Touch Screen vom Typ TP32

¦ Busknoten vom Typ BK07 zur Anbindung des Panel an Interbus

¦ integrierte Rechner- und Speicher­funktionalität

¦ Interbus-Masteranschluss über ILC 200 IB

¦ Analoge E/A-Baugruppen der Serie Inline

¦ Datenverarbeitung und Busdiagnose

¦ Möglichkeit der Datenarchivierung auf externem Medium

¦ Netzteil zur Versorgung des Panel und der Interbus-E/A-Module.

Die Signalerfassung erfolgt im Schrank über E/A-Baugruppen vom Typ Inline in Schutzart IP 20. Mit der Scheibentechnik lassen sich I/O-Stationen bedarfsgerecht zusammenstellen. An den Schweißzangen im Feld kommen Rugged Line E/A Baugruppen in Schutzart IP 67 zum Einsatz. Deren Vorteil liegt in der schnellen Umsteckbarkeit beim Wechsel der zu prüfenden Zangen und Handlings. Die Rugged Line-Stecker, die über Bügel ohne Werkzeug geöffnet werden, können sowohl Lichtwellenleiter-Bussignale als auch Versorgungsspannung übertragen. Das erlaubt einen schnellen Wechsel der zu prüfenden Geräte.

Erfasst, verarbeitet und visualisiert

Die Konfektionierung der Stecker mittels Schnellanschlusstechnik führt zu Einsparungen bei der Installation. Sowohl das Terminal vom Typ TP 32 als auch das Gehäuse sind freigegebene Standardprodukte der BMW-Produktlinie 2, beides kommt von Sütron. Sie dienen dazu, Daten zu erfassen, zu verarbeiten und zu visualisieren. Das Terminal ist physikalisch als Teilnehmer in den Interbus-Ring eingebunden und hat Zugriff auf alle E/A-Daten und Diagnoseinformationen, die durch die Steuerung bereitgestellt und verarbeitetet werden.

400 Handlings und 1200 Zangen erkannt

Zur Visualisierung wird die Software TS WIN eingesetzt. Davon merkt der Anwender jedoch nichts, denn er prüft mittels Touchscreen und wird über die Ergebnisse informiert. Beginnend im Hauptmenü gelangt er mit der generellen Auswahl des Prüfobjekts, Handling oder Schweißzange, in die Untermenüs. Dort wählt er den Handling- oder Zangentyp aus und gibt dann per Soft-Tastatur bei Bedarf entsprechende Sollwertvorgaben für den Druck ein. Die Steuerung erkennt circa 400 Handlings und 1.200 Zangen, deren Parameter in der Software hinterlegt wurden. Die Prüfschritte werden über Softtaster ausgelöst, gemessene Druckdaten werden numerisch angezeigt oder grafisch in Schweißdruck­diagrammen dargestellt.

Mit diesem automatisierten Teststand können die aus der Produktion eintreffenden Geräte ohne großen Aufwand angeschlossen sowie einem ersten Test und einer Bewertung unterzogen werden. Die mechanische Funktionsprüfung durch Ermittlung der Kraft- und Druckwerte ermöglicht eine erste Fehlerkorrektur, zum Beispiel an den Ventilen, oder auch schon erste Reparaturschritte. Bei Bedarf können weitere Prüfungen wie zum Beispiel die 3D-Vermessung der Zangengeometrie durchgeführt werden.

Holger Berkling, Phoenix Contact

Erschienen in Ausgabe: 07/2005