Ziel der Entwicklung
Die stichprobenartige Untersuchung von Crimpverbindungen erfolgt durch Anfertigung und Auswertung eines Schliffbildes. Dabei handelt es sich um eine zerstörende Prüfung. Die Prüfung mittels Schliffbildanalyse erfolgt in der Regel immer nachdem ein Eingriff in den laufenden Produktionsprozess vorgenommen wurde. Hierzu zählen der Wechsel von Crimpstempel bzw. Kontaktrolle oder Leitungsgebinde und auch jede Fertigungsunterbrechung. Diese Forderungen zur Qualitätskontrolle werden derzeit vorwiegend von Automobilherstellern an ihre Zulieferer gestellt.
Im Rahmen der Schliffbildanalyse wird die zu untersuchende Crimpverbindung an einer definierten Stelle auseinandergesägt, mit einer Beize behandelt, poliert und unter einem Auflichtmikroskop betrachtet. Es erfolgt die Aufnahme eines Kamerabildes und die Auswertung durch Bestimmung wichtiger Parameter wie Crimphöhe- und Breite, Verpressungsgrad, Flankenwinkel, Gasdichtheit und Anzahl der Litzen. Die Parameter werden über Zeichenelemente (Linien, Winkel, Symmetrien…) im Bild manuell eingetragen. Der metrische Zusammenhang wird durch eine entsprechende Kalibrierung hergestellt. Eine besondere Herausforderung stellt hierbei die große Vielfalt an möglichen Ausprägungen von Crimpverbindnungen hinsichtlich Form, Größe und Material dar (siehe Abbildung).
Die manuelle Schliffbildanalyse ist zeit- und somit kostenintensiv. Eine Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit ist nur bedingt gegeben. Für diese Art der „manuellen“ Bildauswertung gibt es auf dem Markt eine Reihe von Softwarewerkzeugen und Bildaufnahmeeinrichtungen.
Im Rahmen des F&E-Projektes CrimpAnaylsis wurde die Messung wesentlicher Parameter an Schliffbildern einer Crimpverbindung weitestgehend automatisiert um damit zukünftig die manuelle Analyse abzulösen.
Vorteile und Lösungen
Bei Unternehmen aus dem Bereich der Kabelkonfektionierung können Präzision und Wiederholbarkeit der stichprobenartigen Messungen zur Qualitätssicherung erheblich gesteigert werden. Weiterhin reduziert sich der Personaleinsatz durch einen hohen Automatisierungsgrad, was mit einer erheblichen Kostensenkung einhergeht. Da in den Betrieben in der Regel schon entsprechende Prüfplätze für eine manuelle Analyse (Kamera mit Mikroskopobjektiv, Säge- und Beizeinheit sowie einfache Auflichtbeleuchtung) vohanden sind, ist lediglich der Erwerb der Software zur automatisierten Bildauswertung und Messung sowie einer speziellen Dunkelfeldbeleuchtung zur Hervorhebung der Kanten im Bild nötig.
Die im Rahmen des Projektes entwickelten Verfahren wurden in einem Demonstrator umgesetzt. Dieser weist die folgenden technischen Kenndaten auf:
- Optische Vergrößerung: 0,4 – 4,5-fach
- Messbereich: 1,1 x 1,4 mm bis 6,9 x 9,1 mm
- Zielgruppenbranchen: KFZ-Zulieferer, Kabelkonfektionierer, Elektrogerätehersteller, Medizintechnik
- Messzeit: ca. 10 Sekunden
- Funktionalität: Automatische Segmentierung der Innen- und Außenkontur des Crimps sowie Antragen der entsprechenden Messwerte
Die Segmentierung von Crimphülse und Litzen sowie die automatische Antragung der Messelemente an die gefundenen Konturen dauert auf einem Standard-PC weniger als 5 Sekunden. Es sind alle nötigen Messelemente, welche in den etablierten Normen vorgesehen sind, umgesetzt.
Zielgruppe und Zielmarkt
Im Rahmen der Projektbearbeitung konnte eine Automatisierung des Messvorgangs erreicht werden. Durch weitere gerätetechnische Innovationen könnte auch der Arbeitsgang der Präparation des Crimps, bestehend aus Sägen, Schleifen und Beizen, automatisiert werden. Damit wäre eine vollautomatische Prüfung möglich. Bezüglich der Umsetzung der Projektergebnisse gibt es schon erste Interessenten aus der Industrie. Es wird davon ausgegangen, dass eine zeitnahe Umsetzung der Ergebnisse am Markt erfolgen kann.
Ein zukünftiges Forschungsfeld besteht in der Adaption der Algorithmen auf Aluminium-Kontakte. Gerade im Zuge des verstärkten Einsatzes der Leichtbauweise, speziell im Automobilbereich, gewinnt Aluminium immer stärker an Bedeutung, auch als Material für elektrische Kontakte. Hier bestehen jedoch noch Herausforderungen, bedingt durch die Eigenschaften von Aluminium. Dabei wäre beispielhaft ein Verschmieren des Materials beim Sägen, aufgrund seiner geringen Festigkeit, zu nennen. Weiterhin gilt das Beizen des Kontaktes zum Sichtbarmachen der Einzellitzen bei Aluminium als problematisch.