Messtechnik Montieren und testen in einem Arbeitsschritt

Autor / Redakteur: Joachim Tatje / Udo Schnell

In der Produktion sind die Schritte Montage und Prüfung meist ge­trennt. Dies kostet zum einen Zeit, zum anderen ist vor der Montage nicht immer klar, ob das Produkt in Ordnung ist. Ein Montageplatz mit integrierter Test­ein­richtung vermeidet diese Nachteile.

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An diesem Arbeitsplatz montiert ein Mitarbeiter Steuergeräte und Panels von Lkw-Klimaanlagen und testet sie zu 100 %.
An diesem Arbeitsplatz montiert ein Mitarbeiter Steuergeräte und Panels von Lkw-Klimaanlagen und testet sie zu 100 %.
(Bild: MCD Elektronik)

Montage und Test sind oft zwei voneinander getrennte Bereiche in produzierenden Unternehmen. Der Nachteil sind unnötige Transportwege und die fehlende Rückkopplung auf die Mitarbeiter am Montageplatz. Unbefriedigend ist für den Mitarbeiter auch, ein Produkt zu montieren, von dem er nicht weiß, ob es korrekt funktioniert. Dass es auch anders geht, zeigt ein ganzheitlich konzipierter Montageplatz, der integral mit einer Testeinrichtung verknüpft ist. Dort werden Panels und Steuergeräte für Lkw-Klimaanlagen montiert und getestet. Der Montageplatz ist für eine Person ausgelegt und kann leicht in Fertigungsstraßen integriert werden. Diese Arbeitsplatzlösung stammt vom Mess- und Prüftechnikspezialisten MCD Elektronik aus Birkenfeld bei Pforzheim. Das Unternehmen liefert Prüfanlagen vornehmlich für die Automotive-Industrie in aller Welt. Der kombinierte Montage- und Testplatz ist durch das ganzheitliche Arbeitskonzept nicht nur Mitarbeiter-freundlich sondern auch komplett Industrie-4.0-fähig.

Je eine Station für die Montage von Steuergerät und Bedienpanel

Fahrzeug-Klimaanlagen bestehen in der Regel aus einem Steuergerät und dem Bedienpanel. Dabei stellt der Fahrer an den Tasten und mit dem Drehknopf seine „Wohlfühl-Parameter“ im Führerhaus ein. Ein LCD-Bildschirm zeigt die eingestellten Werte an. Das Steuergerät kommuniziert mit dem Panel über ein LIN-Interface (LIN: Local Interface Network). Ein weiteres LIN-Interface und zwei CAN-Businterfaces sowie einige Analogeingänge sorgen für die Verknüpfung mit den Sensoren und Aktoren.

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Für die Montage von Bedienpanel und Steuergerät ist je eine Station vorgesehen. Alle benötigten Bauteile werden über Rollenbahnen zugeführt. An einer Station verpresst der Mitarbeiter die Stiftleisten und Displays des Bedienpanels mittels einer manuellen Handpresse mit integrierter Messvorrichtung. Am zweiten Montageplatz werden die Steuergeräte zusammengebaut. Dort erfolgt die Verschraubung von Gehäuse, bestückter Platine und Gehäusedeckel. Dafür steht ein Druckluftschrauber zur Verfügung. Das Zuführgerät transportiert die benötigten Schrauben automatisch an den Schrauberkopf.

Nach einer weiteren Körperdrehung steht der Werker vor der Prüfzelle. Die Prüfzelle ist mit den Werkstückaufnahmen sowohl für die Panels als auch für die Steuergeräte ausgestattet. Umfangreiche Tests werden an den Panels durchgeführt. Nach dem Einlegen in die Baugruppen-Schublade werden sie über ihre drei Anschluss-Pins mit elektrischer Energie versorgt und an den LIN-Bus angeschlossen. Zunächst wird das EEPROM des Panels mit den kundenspezifischen Daten beschrieben und zur Kontrolle zurückgelesen. Über den Bildschirm erfolgen die Anweisungen an den Werker, der nun nacheinander die Tasten und das Drehrad betätigt. Die Prüfplatzsteuerung analysiert die Signale über den LIN-Bus.

Mechanischer Tastkopf simuliert menschlichen Finger

Sodann ist die Baugruppen-Schublade zu schließen. Es erfolgen automatische Tests. Bei der Haptik-Prüfung stehen die Werte für Kraft, Hub, Weg und Snap Ratio auf dem Programm. Dazu fährt ein xy-Achsen-Tisch die einzelnen Schalter an. Die Schalterbetätigung übernimmt ein Präzisionsantrieb mit Motion Controller. Ein mechanischer Tastkopf simuliert dabei einen menschlichen Finger. Er wird mit einer wählbaren Geschwindigkeit verfahren und der Kraftverlauf wird gemeinsam mit der aktuellen Position aufgezeichnet. Die Abarbeitung erfolgt direkt im Motion Controller. Ist die maximale Kraft oder eine bestimmte Position erreicht, stoppt der Antrieb und somit auch die Messung. Anschließend erfolgt der Start der Messung für den Rückweg.

Das Innere der Prüfzelle ist abgedunkelt, damit in einem zweiten Testschritt mit einer Kamera die Beleuchtung der Schalter und das Display optisch überprüft werden können. Mittels Auflicht werden zunächst von der Kamera alle vorhandenen Symbole auf Vollständigkeit, Lage und Winkel überprüft. Das automatische Testsystem prüft dann alle Symbole bei Such- und Funktionsbeleuchtung auf Intensität, RGB Farbe, Homogenität und Ausleuchtungsfehler. Bei den Patterns der LCD-Anzeige wird auf Kurzschluss, Vollständigkeit und Intensität geprüft.

Tests am Steuergerät überprüfen die Funktion der Baugruppe durch Stimulierung

Igor Gerdt von MCD Elektronik leitete die Entwicklung des Montage- und Prüfplatzes. Er erläutert: „Wir erkennen Fehler und Kratzer auf den Symbolen, Ausleuchtefehler und falsch verbaute LEDs. Auch entdecken wir fehlende Lichtleiter bei den LEDs sowie fehlende Segmente bei den LCD-Patterns.“

Der Werker wird über das Ergebnis der Tests informiert. NiO-Teile (NiO: Nicht in Ordnung) kommen auf eine neben der Prüfzelle befindliche Plattformwaage zur sicheren Ablage.

Die Tests am Steuergerät kontrollieren die Funktion der Baugruppe durch Stimulierung und Überprüfung aller Signale. Die 40 Anschlüsse, darunter zwei CAN- und zwei LIN-Verbindungen, werden nach Einlegen in die Baugruppen-Aufnahme automatisch kontaktiert. Das Steuergerät liest über seine Analogeingänge simulierte Werte für Temperaturen (Luft, Wasser, Kühltemperatur) sowie Luftfeuchte und Druck ein. Das Prüfgerät stimuliert die Eingänge mit den entsprechenden analogen Spannungen und Frequenzen.Das Steuergerät kommuniziert über den CAN-Bus mit Ventilen, dem Kompressor, Wasserpumpen und Lüftermotoren. Das Testprogramm der Prüfzelle checkt die korrekten Funktionen und misst und bewertet Ströme und die PWM (Pulsweitenmodulation). Durch die Rückmeldung der simulierten Klimakomponenten über LIN schließt sich der Testkreislauf.

Ist der Test positiv verlaufen, druckt ein Etikettendrucker ein entsprechendes Prüflabel, das vom Werker aufgebracht wird und so die getesteten Bauteile als IO kennzeichnet. Panel und Steuergerät verlassen den Montageplatz über Rollenbahnen in Richtung Produktionslogistik.

Ampeln und Bildschirmanzeigen begleiten den Bearbeitungsprozess. Eine sinnreiche Verriegelung der einzelnen Bearbeitungsschritte sorgt dafür, dass nichts übersehen und die Testreihenfolge sicher eingehalten wird.

Beim Konzipieren interaktiver Prüfplätze müssen bestimmte Punkte beachtet werden

Werden interaktive Prüfplätze konzipiert, müssen laut MCD einige Kriterien beachtet werden:

  • Die Prüfstände müssen ergonomisches Arbeiten ermöglichen, damit sich der Bediener in der Arbeitsumgebung wohlfühlt.
  • Die Wege müssen kurz sein, damit das Prüfpersonal mehr Zeit für Prüfaufgaben hat.
  • Die Bediener müssen eine Anleitung erhalten, damit sichergestellt ist, dass alle NIO-Teile erkannt werden.
  • Die Bedürfnisse und Anforderungen der Kunden müssen im Konzept erfasst werden.
  • Der Platzbedarf muss mit den Bedingungen in der Fertigung/Produktion abgestimmt werden.

Je nach Einsatzgebiet müssen außer diesen allgemeinen Kriterien auch noch spezifische Besonderheiten beachtet werden, beispielsweise die Körpergröße des Bedienpersonals oder auch sprachliche Besonderheiten in der Benutzerführung. Werden diese Punkte beachtet, so zeigt die Erfahrung, dass die Akzeptanz bei den Werkern, also den Nutzern sehr gut ist. Die enge Abstimmung und Schulungen stellen dies sicher, eine Einarbeitung sorgt für eine hohe Zufriedenheit.

Weil die Software und die Systeme modular aufgebaut sind, stellen auch die immer schneller verlaufenden Modellwechsel in der Automobilproduktion kein Problem dar. Die Modularität ermöglicht jederzeit das einfache und schnelle Umbauen und auch die Nachrüstung. MM

* Dipl.-Ing. Joachim Tatje ist freier Journalist in Bruchsal; weitere Informationen: MCD Elektronik GmbH, 75217 Birkenfeld, Tel. (0 72 31) 7 84 05 49, www.mcd-elektronik.de

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