Als einer der exklusivsten italienischen Automobilhersteller beschloss, eine elektrische Version seines Premium-Sportwagens zu entwickeln, wusste das Ingenieurteam, dass eine Hochleistungs-Elektrobatterie benötigt würde, die in der Lage ist, die Kraft, Geschwindigkeit und Leistung des herkömmlichen Gegenstücks zu erreichen. Das Team wandte sich an einen führenden Technologieanbieter, um die Fertigungslinien für die Batterie zu entwickeln und einzurichten. Dieser wiederum beauftragte Comau mit der Entwicklung eines nicht-invasiven Qualitätskontrollsystems. Die innovative Lösung von Comau kombiniert Wärmebildtechnik und künstliche Intelligenz. Sie kann sowohl die elektrischen als auch die mechanischen Eigenschaften während der Modulmontage automatisch prüfen und so die Unversehrtheit der Hochspannungsbatterie gewährleisten und gleichzeitig den Modulabfall minimieren.
“Comau lieferte eine innovative Lösung, die sowohl auf die einzigartigen Eigenschaften der Hochleistungsbatterie unseres Kunden einging als auch eine konkrete Reduzierung des Materialabfalls sicherstellte“, erklärte Giovanni Di Stefano, Leiter Innovation und Prozesstechnologien. „Darüber hinaus werden unsere Kunden mit dem von Comau entwickelten System in der Lage sein, Qualitäts-KPIs zu messen und festzustellen, wie viele Batterien sie trotz einer eventuellen Nichtkonformität eines der Module „retten” können.“
Giovanni Di Stefano, Head of Innovation and Process Technologies
Die Herausfoderung
Comau wurde gebeten, eine Technologielösung zu entwickeln, die nahtlos in einen halbautomatischen Batterieherstellungsprozess integriert werden kann, ohne die Zykluszeit oder das Herstellungsverfahren zu beeinträchtigen. Im Gegensatz zur herkömmlichen End-of-Line-Batterieprüfung, bei der jede Batterie eine Reihe von Lade- und Entladezyklen durchläuft, müsste die Lösung die Batteriequalität auf Modulebene überprüfen, bevor der gesamte Pack geschlossen und verschweißt wird. Da jede Batterie aus 13 Hochleistungsmodulen besteht, müsste das System sowohl die Batterie auf Modulebene prüfen als auch im Falle eines Fehlers genau feststellen, welches Modul oder welche Module die vom Kunden vorgegebenen Toleranzen nicht einhalten.
Die Lösung
Die Ingenieure von Comau überprüften zunächst die Anzahl der einzelnen Zellen in jedem der 13 Module der Batterie. Diese Zellen werden durch zahlreiche Schweißnähte strukturell zusammengehalten und elektrisch verbunden, bei denen das Team schnell eine schlechte Qualität der Nähte als möglichen Fehlerpunkt identifizierte. Da nicht konforme Schweißnähte zu einer instabilen Batterie und möglichen Sicherheitsrisiken führen können, setzte sich das Team zum Ziel, ein System zu entwickeln, mit dem sowohl der mechanische als auch der elektrische Widerstand der Schweißnähte schnell und effizient analysiert werden kann.
Mit Hilfe einer Infrarotkamera und der Intelligenz eines neuronalen Netzes entwickelte das Team eine hybride Thermographielösung, die eine nicht-invasive Schmelzbadprüfung auf Schweißnahtebene durchführen kann, um Oberflächenfehler zu erkennen und automatisch eine Qualitätskontrolle durchzuführen. Die Lösung beruht auf der Inline-Erfassung von Wärmebildern, die sofort vorverarbeitet, beschnitten und mit Hilfe einer zuvor erworbenen Wissensdatenbank analysiert werden. Nach dem Erhalt eines Triggers vom Laserschweißroboter zeichnet das System automatisch die Abkühlphase auf und führt eine merkmalsbasierte Analyse durch, um den qualitativen Zustand jeder einzelnen Schweißnaht zu bewerten.
Das zerstörungsfreie Prüfsystem wurde außerdem so konzipiert, dass es sich in den bestehenden Fertigungsprozess einfügt und so zur Optimierung des Arbeitsablaufs und zum Schutz der Zykluszeiten beiträgt. Da die Wärmekameras sowohl visuelle als auch Widerstandsdefekte vor dem endgültigen Montageprozess analysieren, kann jede Nichtkonformität auf Modulebene behoben werden, ohne dass die gesamte Batterie verschrottet werden muss. Schließlich ist die von Comau entwickelte Lösung vollständig in das Rückverfolgbarkeitssystem integriert, so dass alle Prozess- und Qualitätsinformationen in einem einzigen Datenmanagementsystem gesammelt und auf einfache, effiziente und intuitive Weise zur Verfügung gestellt werden können.
Das Ergebnis
Nach der Auslieferung der Inline-Lösung begannen sowohl Comau als auch sein Kunde sofort mit dem Testen des Systems. Das erste Ergebnis wurde durch die einfache, reibungslose Integration des innovativen Prüfparadigmas in die Montagelinie erzielt.
Das zweite Ergebnis des automatisierten, zerstörungsfreien Systems von Comau zeigt sich in der verbesserten Genauigkeit der Erkennung ästhetischer Fehler, die oft die der visuellen Inspektion übertrifft.
Da der hohe elektrische Widerstand einer schlechten Schweißnaht zu einem erheblichen Energieverlust und einer großen Wärmeentwicklung führt, kann sich auch die Temperatur der Schweißnaht erhöhen. Dies wiederum kann zu potenziellen Sicherheitsproblemen führen und darüber hinaus die Effizienz der Batterie verringern. Durch die automatische Bewertung der Oberflächenfehler und des elektrischen Widerstands jeder Schweißnaht vor der Endmontage hilft die von Comau konzipierte Lösung dem Endkunden, Zeit und Kosten zu sparen.
Schließlich können die Echtzeitergebnisse des Prozesses gesammelt und für Analysen und Nachschulungen verwendet werden. Und da das System mit der umfassenden Dateninfrastruktur verbunden ist, kann der Kunde eventuelle Qualitätsprobleme verfolgen und bei Bedarf Anpassungen am Herstellungsprozess vornehmen.
Inline-Tests gewährleisten optimierte Produktivität
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automatisierte Modulprüfungen
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Rückverfolgbarkeit
Signifikante Reduzierung des Materialabfalls