gesponsertBatterieproduktion Qualitätskontrolle in der Batteriefertigung

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SICK AG

Die Inline-Qualitätskontrolle in der Batterieproduktion ist ein stark nachgefragtes, aber auch sehr anspruchsvolles Aufgabenfeld in einem vielschichtigen Prozess. SICK bietet nicht nur die passende „Hardware“ an Sensoren, Kameras und Inspektionssystemen aus einer Hand, son-dern auch KI-gestützte Software für die Auswertung der im Prozess generierten qualitätsrele-vanten Daten. Und das umfassende, applikationsbezogene Branchenwissen, das die SICK-Experten in zahlreichen Projekten der Batteriefertigung gewonnen haben, bringt bei jedem neuen Projekt hohen Nutzwert ein.

Bei der Fertigung von Batterien für Elektrofahrzeuge und stationäre Stromspeicher (Energy Sto-rage Systems; ESS) handelt es sich um einen äußerst komplexen Prozess. Auch viele Einzelprozes-se sind in sich komplex. Deshalb ist es keineswegs selbstverständlich, dass der Anwender oder die Anlage eine geringe Ausschussquote erreicht.

Qualitätsverbesserung als Schlüsselfaktor

Aus diesem Grund gehören in den „Gigafactories“ der Batteriefertigung zahlreiche Stationen für die Qualitätsprüfung zum Standard. Damit wird das Ziel verfolgt, fehlerhafte Komponenten so-fort, am besten noch vor dem folgenden Bearbeitungsschritt, auszuschleusen.

Das spart Kosten und gibt dem Anlagenbetreiber die Möglichkeit, Unregelmäßigkeiten im Prozess frühzeitig zu erkennen und schnellstmöglich gegenzusteuern. Zugleich soll ein gleichbleibend ho-her Output gewährleistet sein, denn die Batteriefertigung ist trotz ihrer Komplexität ein sehr kos-tensensibler Prozess. Die Kunden in der Automobilindustrie gehen von stetig sinkenden Zielprei-sen pro kWh aus, und der Wettbewerb unter den internationalen Batterieherstellern ist extrem hoch. Das bedeutet: Sowohl beim Hochfahren der Produktion als auch beim Betrieb der Anlagen unter voller Last müssen zahlreiche qualitätsrelevante Parameter permanent überwacht und stabil gehalten werden.

Dies gilt auf allen drei zentralen Ebenen der Batteriefertigung: Zellen, Module und komplette Batterie-Packs.

Zentraler Faktor: die Gesamtanlageneffektivität (OEE/ GAE)

Als Kennzahl für die Effizienz einer Produktionsanlage oder –linie hat sich die “Overall Equipment Efficiency” (OEE) oder, auf deutsch, die Gesamtanlageneffektivität (GAE) bewährt. Sie ist Teil des „Total Productive Maintenance“-Konzeptes, das eine dauerhaft effiziente und unterbrechungs-freie Produktion zum Ziel hat.

Um dieses Ziel zu erreichen bzw. ihm so nahe wie möglich zu kommen, muss man die Prozesse kontinuierlich kontrollieren – am Besten so schnell und präzise wie möglich und in Regelkreisen, um schnell gegensteuern zu können. So entsteht eine (Batterie-)Produktion mit hoher Leistung, hoher Qualität sowie mit minimalen Ausschussraten und Stillstandszeiten.

Das ganze Spektrum der inline-Qualitätskontrolle – aus einer Hand

Die Voraussetzung dafür ist die Nutzung von modernster Sensorik für die inline-Qualitätskontrolle.

SICK bietet sowohl die entsprechenden Sensor- und Kamerasysteme und andere Technologien als auch das erforderliche Know-how der Batteriefertigung, um die Qualitätskontrollsysteme best-möglich auszuwählen und in den Prozess zu integrieren.

Dem Anwender steht eine große Vielfalt an Technologien und Anwendungen zur Verfügung, die er aus einer Hand beziehen kann. Das Spektrum reicht von vergleichsweise einfachen 1D-Sensoren über 2D-Bildverarbeitung bis zu anspruchsvollen 3D-Inspektionssystemen. Alle Lösun-gen lassen sich im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit sehr gut skalieren, und dank der umfassen-den Konnektivität können ihre Signale vielfältig ausgewertet bzw. in der übergeordneten IT-Infrastruktur (MES, PPS, ERP…) verarbeitet werden.

Beispiele für SICK Sensorlösungen in der Qualitätssicherung der Batterieproduktion

Von der Elektrodenproduktion über die Qualitätsprüfung an Zellen bis zu umfassenden Kontrollen an Modulen und Packs – die Lösungen von SICK decken die ganze Prozesskette der Batteriepro-duktion ab. Hier einige Beispiele für Anwendungen und die dabei zum Einsatz kommende SICK Sensorik:

• Riss- und Lochdetektion in Elektrodenfolien (Lichtgitter MLG-02)

• Abstandsmessung an Elektrodenableitern (2D-Vision Sensor InspectorP61x)

• Inspektion der Deckel von Rundzellen (2D-BVA mit Deep Learning/ „Anomaly Detection“)

• Inspektion von prismatischen Zellen und Isolationsfolien auf Kratzer, Dellen, Lufteinschlüsse (3D-BVA/ Ruler oder Ranger 39)

• Prüfen von Schweißpunkten (Busbar) an Modulen und Packs (D-BVA, Ruler)

• Fremdkörpererkennung bei der Packherstellung (Ranger3, Foreign Object Detection System)

• Temperaturmessung; „Hotspot Detection“ zur Vermeidung von Bränden (Temperatursensorik)

Exkurs 1: Konnektivität

Die Signale aller hier kurz vorgestellten SICK Sensor- und Bildverarbeitungslösungen können von übergeordneten IT-Systemen (MES, ERP, Qualitätswesen/ Dokumentation) ausgewertet und ggfs. gespeichert werden. Die Voraussetzung dafür schafft die umfassende Konnektivität der SICK Hardware-Komponenten, die durch integrierte Schnittstellen zu industriegerechten Standardpro-tokollen sichergestellt wird (TCP/IP, EtherNet/IP, UDP/ Profinet, FTP…)

Exkurs 2: KI und Deep Learning – mit dem Anomaly Detection Tool

Mit Künstlicher Intelligenz und Deep Learning lassen sich viele Prozesse der industriellen Produk-tion optimieren – teilweise sogar transformieren. In der Qualitätssicherung lässt sich diese Opti-mierung mit dem „Anomaly Detection Tool“ des von SICK entwickelten „Intelligent Inspection Toolset“ realisieren. Mit diesem Tool können Anwender komplexe Inspektionen, wie die von (Batterie-)Oberflächen sowie von Schweiß-, Klebe- und Lötstellen einfach durchführen und Ano-malien erkennen. Vor allem dort, wo die Automatisierung mit regelbasierten Bildverarbeitungs-systemen bisher nicht möglich war, bieten sich hier große Vorteile, weil der Anwender die Senso-ren auf der Grundlage von realen Beispielen „trainieren“ kann. Das Tool lässt sich für die gesamte Palette der etablierten InspectorP6xx 2D-Vision-Sensoren sowie für die brandneue Inspector8xx-Serie aktivieren.

Schlüsselfertige Lösungen für die Inline-Qualitätsprüfung

Zum Portfolio von SICK gehören „Ready to use“-Komplettlösungen, die nur noch auf ihre konkre-te Aufgabe hin angelernt werden müssen. Beispiele sind Systeme zur Erkennung von Fremdkör-pern oder Verunreinigungen an Produkten oder in Produktionsprozessen – zum Beispiel bei der Endmontage von Hochvoltspeichern.

Alternativ können Anwender, die über hohe Kompetenz in der Bildverarbeitung verfügen, mit dem Komponenten- und Lösungsbaukasten von SICK auch ihre eigenen Qualitätskontrollsysteme auf-bauen. Diese Aufgabe wird ihnen durch das Ökosystem SICK AppSpace erleichtert, das direkten Zugang zur SICK Software-Toolbox und zu etablierten Bildverarbeitungsbibliotheken wie z. B. HALCON bietet.

„All inclusive“ – einschließlich Batteriefertigungs-Kompetenz

Mit weltweit mehr als 12.000 Mitarbeitern verfügt SICK nicht nur über die entsprechenden Sen-sorlösungen, sondern auch weltweit über eigene Experten mit umfassendem Applikations-Know-how in der Batteriefertigung. Maschinen- und Anlagenbauer sowie Endanwender erfahren so Unterstützung bei der Auswahl unterschiedlicher Sensortechnologien – und bei der Optimierung ihrer Prozesse in der Qualitätssicherung. Immer mit dem Ziel höchster Gesamtanlageneffektivität und geringster Ausschussraten.

Besonders groß ist der Nutzen dieser Lösungen, wenn die Applikationen für die Qualitätssiche-rung nicht für sich betrachtet, sondern gemeinsam mit anderen sensorgestützten Lösungen für die Produktivität und die Maschinensicherheit gedacht und konzipiert werden. Auch dafür bietet die Zusammenarbeit mit SICK beste Voraussetzungen. Mit dem weltweit größten Netz an zertifi-zierten Sicherheitsexperten ist SICK in allen Industrien vertreten und bringt nicht nur Safety-Expertise mit ein, sondern auch detaillierte Kenntnisse zu lokalen Normen und Richtlinien und internationalen Weitblick. So schaffen Sensorsysteme von SICK eine wichtige Voraussetzung für die hoch produktive und intelligente Batteriefertigung der Zukunft.

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