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Pick-and-Place-Anlage Ehingen – Prüfungsprojekt einer bildgestützten Montagezelle

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Einleitung

Du planst und dokumentierst eine bildgestützte Montagezelle als vollständiges Prüfungsprojekt: Überwurfmuttern und Schneidringe sollen trotz wechselnder Lage erkannt, korrekt gegriffen und in definierter Reihenfolge ineinandergesetzt werden. Du untersuchst wiederkehrende Fehlgriffe, entwickelst einen Material- und Signalfluss, formulierst Verriegelungen und prüfst systematisch die Fälle „richtiges Teil“, „verdecktes Teil“ und „fehlende Greifbestätigung“. Ziel ist eine nachvollziehbare Projektdokumentation mit begründeter Abnahmeentscheidung.

Quellengrenze (Stand 2025): Der Betreiberbericht Liebherr: Unser Weg zur Smart Factory, UpLoad 02/2025 belegt für Ehingen in der Schlauch- und Rohrmontage das Ineinandersetzen von Überwurfmuttern und Schneidringen mit einem Industrieroboter; Kameraaufnahmen dienen zur Identifikation, Greifkoordinaten- und Ablagewinkelbestimmung. Nicht belegt sind Roboterhersteller und -typ, Greiferbauart, Schutzkonzept, Antriebsparameter, interne Programme, Ausfallraten oder zulässige Betriebsgrenzen. Sämtliche Zahlen, Screenshotszenarien, Bauteiltypen und logischen Zustände unten sind ausdrücklich synthetische Lehrmodelle, keine Angaben zur Ehingen-Anlage. Die eingebundenen Fremdbilder und Videos zeigen andere Demonstrationssysteme.

Zielgruppe: Auszubildende im dritten Ausbildungsjahr in Mechatronik, Industriemechanik und Fachinformatik. Die berufliche Zuordnung und Jahresfolge sind redaktionelle Empfehlungen; bitte mit Ausbildungsbetrieb und Berufsschule abstimmen. Der Kurs ergänzt Roboter und Automatisierung, Robotik, Bildanalyse und KI und Roboter unterscheiden.

Sicherheitsgrenze: Alle Versuche erfolgen auf Papier, mit Bilddateien oder in einer freigegebenen Simulation. Reale Maschinenarbeit ist ausschließlich nach betrieblicher Unterweisung und unter qualifizierter Anleitung zulässig. Der Kurs ist kein offizieller Liebherr-Lehrgang und ersetzt weder Gefährdungsbeurteilung noch betriebliche Betriebsanweisung, Schutzfunktionsprüfung oder Freigabe.

Beispielabbildung eines industriellen Bildverarbeitungssystems, ausdrücklich nicht die Ehinger Anlage; European Editors, CC BY-SA 4.0. Die Lizenz- und Quellennachweise stehen im OER-Abschnitt.

Projektauftrag, Quellenkritik und Funktionsstruktur

Auftrag und prüfbare Arbeitsergebnisse

Ein Prüfungsprojekt verbindet eine fachliche Anforderung mit prüfbaren Belegen: Was soll die Zelle leisten, woran erkennt man den Erfolg und wann muss sie kontrolliert anhalten? Erstelle eine Funktionsbeschreibung, ein beschriftetes Material- und Signalflussmodell, mindestens drei Ursachenhypothesen zu Fehlgriffen, eine verriegelte Zustandsfolge, einen Testplan mit Soll-/Ist-Vergleich sowie ein Abnahmeprotokoll. Trenne dabei die belegte betriebliche Anwendung von deinem eigenen konzeptionellen Entwurf. Eine Kameraklassifikation allein ist noch keine Montagebestätigung.

Lehrmodell M1: Auf einer Zuführfläche liegen zwei künstlich definierte Typen, Ü = Überwurfmutter und S = Schneidring, in unterschiedlichen Positionen. Ein frei gewähltes Greifwerkzeug hebt die Teile nacheinander an und setzt sie in einer Ü-S-Baugruppe zusammen. Dies modelliert den Funktionszweck, nicht die konkret eingesetzte Ehinger Handhabungs- oder Fügetechnik. Die Klasse zeichnet die genaue Fügerichtung und Lage auf Basis selbst erstellter Papierbauteile.

Materialfluss und Signalfluss auseinanderhalten

Im Materialfluss bewegen sich körperliche Teile. Im Signalfluss werden Messwerte, Prüfentscheidungen und Statusmeldungen ausgetauscht. Beide Flüsse müssen in deinem Funktionsplan getrennt bezeichnet sein; Pfeile stehen für gerichtete Übergaben, nicht für eine schon existierende SPS-Verdrahtung.

Lehrmodell: Ebene	Beschriftetes Schema	Nachweis im Prüfungsprojekt
Materialfluss	Modell-Zuführung Ü/S → Aufnahmefeld → Greifstation → Lageübergabe → Montageaufnahme → Gutteil- bzw. Sperrfach	Teiltyp und Teile-ID als künstliche Kennungen, Zuordnung zum Ergebnis
Bilddatenfluss	Bildsensor → Aufnahmezeitstempel → Segmentierung → Typ und Pose → Plausibilitätsprüfung	Version des Bilddatensatzes und Begründung der Erkennungsentscheidung
Steuerungsfluss	Prüfanforderung → freigegebener Funktionszustand → Greifkommando → Rückmeldung → Bewegungsanforderung → Montageprüfung	Soll-Bedingung, Ist-Rückmeldung und Zustandsübergang
Schutz- und Störungsebene	Übergeordnete Schutzfreigabe → konzeptionelle Verriegelung; erkannte Störung → Haltanforderung → manuelle Prüfung	Keine reale Schutzfunktion aus Modelllogik ableiten

Merksatz: „Objekt erkannt“ bedeutet nicht „sicher gegriffen“ und „Objekt abgelegt“ bedeutet nicht „richtig montiert“. Ein korrektes Montageergebnis erfordert jeweils einen geeigneten, voneinander unterscheidbaren Prüfnachweis.

Allgemeines Beispiel eines Industrieroboters auf der Automatica 2010; Humanrobo, CC BY-SA 3.0, kein Herstellerbeleg für Ehingen.

Anforderungsliste und Rollen

Anforderung (Lehrmodell)	Akzeptanznachweis	Fachlicher Beitrag
Typ und Lage plausibel	Bildbeleg mit künstlichem Teilcode, Koordinaten und Winkel	Fachinformatik: Datenvalidierung und Versionierung
Griff bestätigt	separates Rückmeldesignal vor Transport	Mechatronik: Sensor-Aktor-Zuordnung
Montagezustand plausibel	Typ-Paar und Lage auf Dokumentationsbild bestätigt	Industriemechanik: Kontakt- und Fügezustand
Unklare Lage führt zu Halt	reproduzierbarer Negativtest mit Logeintrag	Alle Berufe: sicherheitsbewusste Fehleranalyse
Freigabe begründet	Prüfplan, Abweichung und verantwortliche Entscheidung dokumentiert	Alle Berufe: Qualitätsnachweis

Kamerabild, Werkstückorientierung und Koordinaten

Bildaufnahme, Erkennung und Unsicherheit

Im Bildfeld beschreibt ein Pixelpaar (u, v) die Position eines Bildmerkmals. Nach geeigneter Kalibrierung kann eine Lage in einem Referenzkoordinatensystem abgeleitet werden. Erforderlich sind u. a. belastbare Beleuchtung, definierte Optik, Schärfe, ausreichend sichtbare Konturen, eine bekannte Lage der Bezugsfläche und eine robuste Trennung der Teile. Erkennungssoftware kann regelbasiert, lernbasiert oder kombiniert arbeiten; aus dem Liebherr-Beleg geht nur die Kombination klassischer Bildverarbeitung und KI-Techniken hervor, nicht deren Implementation.

Unterscheide Klassifikation (welcher Typ?), Lokalisierung (wo?), Pose (Position und Orientierung?) und Greifbarkeit (ist unter angenommenen Randbedingungen ein Griff sinnvoll?). Ein Maß für Klassifikationskonfidenz ist kein physikalischer Nachweis der Greifbarkeit und keine sicherheitsgerichtete Freigabe. Reflexe, verdeckte Ränder, Überlagerung, Verdrehung und mehrere ähnliche Ringkonturen können Ergebnisse verfälschen.

Industriekamera als technisches Anschauungsbild; Lg123456, CC BY-SA 4.0. Bildsensor, Beleuchtung und Auswertung bilden erst gemeinsam das Bildverarbeitungssystem.

Rechenweg für ein rein planares Lehrmodell

Alle Werte in diesem Beispiel sind erfunden. Nimm eine ebene, unverzerrte Modellaufnahme mit 640 × 480 Pixeln an. Der Bildursprung liegt oben links, die Referenz liegt bei (u0, v0) = (320, 240) Pixel, der künstlich gewählte Maßstab s = 0,20 mm/Pixel. Ein erkannter Mittelpunkt liegt bei (u, v) = (470, 190), sein aus einer hypothetischen Kontur geschätzter Winkel bei 35°.

Größe	Rechnung	Ergebnis
Horizontale Modellkoordinate x	(470 − 320) × 0,20 mm	+30,0 mm
Vertikale Modellkoordinate y (nach oben positiv)	(240 − 190) × 0,20 mm	+10,0 mm
Position relativ zu einem frei gewählten Montageursprung (100, 50) mm	(100 + 30, 50 + 10) mm	(130, 60) mm
Modellwinkel	erkannter Konturwinkel	35°
Synthetisches Annahmefenster	x zwischen 128 und 132 mm; y zwischen 58 und 62 mm; Winkel zwischen 30° und 40°	Nominalfall liegt im angenommenen Fenster

Wichtige Begrenzung: Diese Rechnung funktioniert nur für das ausdrücklich vereinfachte 2D-Modell mit konstanter Skalierung, festem Bezugsrahmen und hier frei gewählter Achsrichtung. Eine reale Kamera-Roboter-Transformation benötigt überprüfte Kalibrierdaten und gegebenenfalls perspektivische Abbildung, Werkzeug- und Höhenbezug. Aus einem Pixelabstand ohne Tiefeninformation darfst du keine beliebige 3D-Roboterpose ableiten. Eine symmetrische Ringform kann zudem Winkelmehrdeutigkeiten verursachen.

Güte einer Bilderkennung bewerten

Bezeichne „korrekt und freigegeben erkannt“ als positives Modellereignis. Für eine synthetische Stichprobe von 40 Bildfällen ergibt eine vierteilige Fehlermatrix: 17 richtig positive, 3 falsch negative, 1 falsch positive und 19 richtig negative Entscheidungen. Die Rechenwege lauten:

Maßzahl	Rechnung	Aussage
Präzision	17 / (17 + 1) = 94,4 %	Anteil richtiger Positivmeldungen an allen Positivmeldungen
Sensitivität / Recall	17 / (17 + 3) = 85,0 %	Anteil erkannter Positivfälle an allen echten Positivfällen
Falsch-Positiv-Rate	1 / (1 + 19) = 5,0 %	Anteil falscher Positivmeldungen an den echten Negativfällen

Ein falsch positives Bildklassifikationsergebnis darf im Lehrmodell nicht automatisch zu einer Roboterbewegung führen; ein zweiter Plausibilitäts- und Greifnachweis muss die Freigabekette unterbrechen können. Kleine Modellstichproben begründen weder eine industrielle Zuverlässigkeitskennzahl noch eine Sicherheitsbewertung.

Bildverarbeitung: das Erscheinungsbild ist nur ein Baustein der Bewertung, nicht die Freigabe der gesamten Montage.

Greiftechnik, Teilekontakt und Montagezustand

Greifen ist ein überprüfbarer Vorgang

Ein Greifer erzeugt einen definierten mechanischen Kontakt oder nutzt ein anderes Wirkprinzip wie Vakuum. Beim mechanischen Modellgriff wirken Geometrie, Kontaktflächen, Reibung, Werkstücklage und Greifkraft zusammen. Zu geringe Haltekraft kann ein Rutschen bewirken, zu große Kraft kann ein Werkstück beschädigen. Es werden keine realen Greifkräfte, Drücke, Werkzeugdaten oder Betriebsgrenzen für Ehingen unterstellt. Im Papiermodell ersetzt ein sichtbarer „Teil vorhanden“-Marker die tatsächliche Kontaktsensorik.

Getrennte Modellnachweise: Greifer angesteuert ≠ Greifer hat geschlossen ≠ Werkstück erfasst ≠ Werkstück bleibt beim Transport erfasst. Für einen transportbereiten Zustand verlangen wir einen positiven Zustand „Griff bestätigt“, zusätzlich zur zulässigen Lage und Teiltypprüfung. Bei fehlendem oder widersprüchlichem Rücksignal ist der Griff nicht nachgewiesen.

Schematisches 3D-Modell eines pneumatischen Greiferarms (Miles Aldrigde, CC0); weder ein Ehinger Greifertyp noch ein Nachweis für dessen Pneumatik.

Montagefolge als Funktionsmodell

Im Lehrmodell kann ein Montagevorgang aus den Stufen Teil wählen → Lage prüfen → Griff anfordern → Griff rückmelden → Transport prüfen → Teil in Modellaufnahme ablegen → Position prüfen → Montagebeleg erstellen bestehen. Ob in der realen Fertigung zuerst die Überwurfmutter oder der Schneidring aufgenommen wird, wie die Teile abgestützt sind oder welches Fügewerkzeug eingesetzt wird, ist aus der Betreiberquelle nicht ersichtlich. Die didaktische Reihenfolge legt deshalb ausdrücklich keine betriebliche Montageanweisung fest.

Lehrphase	Prüffrage	Typischer Fehler und Gegenmaßnahme im Modell
Klassifizieren	Hat der Datensatz das richtige Teil beschrieben?	Ring und Mutter vertauscht → Typentscheidung und Auftrags-ID vergleichen
Aufnehmen	Liegt der definierte Modellgriffpunkt frei?	Kontur teilweise verdeckt → Datenfall sperren statt unbestätigt greifen
Transportieren	Ist eine unabhängige Griffbestätigung eingegangen?	Fehlende Rückmeldung → Transport nicht freigeben
Einsetzen	Stimmen Modellaufnahme und Ablagewinkel überein?	Verwechselter Bezugspunkt → Koordinatenrahmen dokumentieren
Abschluss	Ist die erwartete Paarung Ü/S belegt?	Scheinbar abgelegt ohne Montagebeleg → Teil nicht als Gutteil buchen

Zwei frei lizenzierte Anschauungsvideos

Video: eine Pick-and-Place-Demonstration von 2015, Quelle no_kids_for_dads, CC BY 3.0; keine Ehinger Maschine. Beobachte Folge von Aufnehmen und Ablegen, aber leite daraus keine Sicherheitsfunktion ab.

Datei:Robot arm R2 operation of the autonomous laboratory for the accelerated synthesis of novel materials (moving crucibles).webm Video: Handhabung von Tiegeln im autonomen Forschungslabor, 20-fach beschleunigt, Studienautorenteam Szymanski u. a. (2023), CC BY 4.0; ein anderer Prozess, geeignet zum Vergleich der Zustandsfolge. Beide Dateien und Lizenzen sind auf Wikimedia Commons überprüfbar.

Verriegelter Zustandsplan und systematische Fehlersuche

Funktionszustände und Übergangsbedingungen

Eine Verriegelung verhindert im Funktionsmodell den Übergang, wenn eine notwendige Voraussetzung nicht erfüllt ist. Das Modell unterscheidet eine funktionale Freigabe ausdrücklich von der eigenständigen, normgerecht zu entwickelnden und zu validierenden Maschinensicherheit. Insbesondere darf eine gewöhnliche Bilderkennung keine Schutzfunktion ersetzen. Das reale Schutzsystem der Ehinger Anlage ist unbekannt. Die Rolle des abstrakten Eingangs „SCHUTZ_OK“ lautet ausschließlich: Ein als extern angenommenes Schutzsystem meldet eine zuständige Freigabe; weder Aufbau noch Wirksamkeit werden hier behauptet.

Zustand	Verlangter Nachweis	Erlaubter nächster Lehrzustand	Andernfalls
Z0 BEREIT	Auftrag vorhanden; konzeptionelle externe Schutzfreigabe	Z1 BILDAUFNAHME	ZF HALT
Z1 BILDAUFNAHME	frischer Bildsatz und eindeutige Datensatz-ID	Z2 BILDPRÜFUNG	ZF HALT
Z2 BILDPRÜFUNG	Typ, Pose, Sichtbarkeit und Konfidenz plausibel	Z3 GRIFFANFORDERUNG	ZF HALT
Z3 GRIFFANFORDERUNG	konzeptionell zulässige Aufnahme und Greifauftrag	Z4 GRIFFNACHWEIS	ZF HALT
Z4 GRIFFNACHWEIS	separates positives Rückmeldesignal innerhalb Modellfrist	Z5 TRANSPORT	ZF HALT
Z5 TRANSPORT	angenommener externer Schutzstatus weiterhin gültig; Positionsplausibilität	Z6 MONTAGEPRÜFUNG	ZF HALT
Z6 MONTAGEPRÜFUNG	Typ-Paarung und Ablagebeleg vollständig	Z7 DOKUMENTIERT	ZF HALT
Z7 DOKUMENTIERT	Datensatz gespeichert und Status revisionsfähig	Z0 BEREIT nach formalem Abschluss	ZF HALT
ZF HALT	Anforderung eines sicher beherrschten Stillstands; Ursache und Zustand sichern	Wiederanlauf erst nach fachkundiger Fehlerbehebung und ausdrücklich erneuter Freigabe	Kein automatischer Neustart

Logikprüfung für das Lehrmodell: TRANSPORT_ERLAUBT = SCHUTZ_OK UND TYP_OK UND POSE_OK UND BILD_FRISCH UND GRIFF_BESTÄTIGT. Die Formel zeigt eine funktionale UND-Verknüpfung, keine sicherheitsgerichtete Architektur. Es gibt kein „Überspringen“ einer negativen Bestätigung. Ein Halt darf nicht durch ein bloßes Software-Reset als sicher nachgewiesen gelten; bei realen Anlagen bestimmt das geprüfte betriebliche Sicherheitskonzept den sicheren Zustand, die Energiebehandlung und die Rücksetzung.

Fehlerhypothesen mit überprüfbaren Gegenproben

Formuliere vor der Diagnose mindestens drei kausale Hypothesen und ordne jeder eine unterscheidende Beobachtung zu. Beispiele als Lehrhypothesen:

H1 – optische Verdeckung/Reflexion: Eine verdeckte Ringkontur liefert eine unsichere Lage oder falsche Klassifikation. Gegenprobe: simuliertes Bild mit/ohne verdeckende Fläche; erwarteter Unterschied in Sichtbarkeits- und Konfidenzprüfung.
H2 – fehlender Teilekontakt: Das Bild zeigt eine korrekte Lage, doch das Greifbestätigungssignal bleibt aus. Gegenprobe: positives Bild bei synthetisch fehlender Rückmeldung; das Modell muss in Z4 halten.
H3 – Koordinatenfehler: Eine falsch herum definierte vertikale Achse führt zu systematisch versetztem Ablageort. Gegenprobe: denselben Pixelpunkt mit dokumentierter Achsrichtung in beiden Modellen rechnen; Abweichung quantifizieren.
H4 – doppelte Belegung: Zwei überlagerte Teile werden als ein einzelnes erkannt. Gegenprobe: Segmentanzahl und Konturüberdeckung gegen die Erwartung eines einzelnen freien Teils testen.

Befund	Bild klassifiziert?	Griff bestätigt?	Fachliche Folgerung
Eindeutiges Einzelteil	ja	ja	Erst weitere Lage- und Montagebedingungen prüfen; dann ggf. freigeben
Verdecktes Teil	unsicher	unerheblich	Früh in Z2 sperren; keine Greifbewegung anfordern
Fehlgriff trotz korrekter Lage	ja	nein	Z4 Halt, weil der Transportnachweis fehlt
Greifsignal positiv, Datensatz veraltet	ja	ja	Z2 Halt wegen fehlender Datenaktualität

Fehlerprotokoll und Rückverfolgbarkeit

Nutze im Lehrprojekt synthetische Kennungen wie TEST-Ü-017 ohne Personendaten: Fall-ID, Eingangsbild-Variante, Modell-Softwarestand, Soll-Teil, erkannte Lage, Prüfflags, Zustand beim Halt, geprüfte Hypothese, Nachtest, verantwortliche Entscheidung als Rollenbezeichnung. Dokumentiere Fehlversuche ohne unzulässiges Überschreiben. Ein Ampelsignal allein genügt nicht; prüfbar ist ein deterministischer, begründeter Zustandsübergang.

Vollständiger Modellfall, Testplan und Abnahme

Prüfungsaufgabe: wechselnde Lage und wiederkehrende Fehlgriffe

Ausgangslage im synthetischen Ausbildungsmodell: Eine vereinfachte Bildkamera erzeugt pro Teil einen Datensatz (Typ, u, v, Winkel, Konfidenz, Zeitstempel). Der Prozess erhält gelegentlich verdeckte Teilkonturen und fehlende Greifbestätigungen. Entwickle einen funktionalen Prüfstand auf dem Papier. Dokumentiere (a) Material- und Signalfluss, (b) mindestens drei Fehlerhypothesen, (c) verriegelte Zustandsfolge, (d) Prüfprotokoll mit Negativtests, (e) Abnahmeurteil. Keine Modellbewegung darf mit fehlendem Prüfnachweis fortgesetzt werden.

Synthetische Modellparameter, keine Herstellerwerte: Bild 640 × 480 Pixel; Bezugsbildpunkt (320, 240) Pixel; Maßstab 0,20 mm/Pixel; Modell-Aufnahmeoffset (100, 50) mm; angenommener Konfidenzgrenzwert 0,90; Bildalter höchstens 300 ms; Griffbestätigungsfrist höchstens 500 ms; Nennwinkel in der Übungsprobe 35° mit künstlicher Abweichungsgrenze ±5°; Positionsfenster ±2 mm um den errechneten Sollwert. Diese willkürlich didaktischen Grenzwerte dürfen nicht an einer echten Anlage übernommen werden.

Synthetischer Prüffall	Beobachtung aus dem Modell	Erwartetes Ergebnis
P1 – richtiges, freies Ü-Teil	u 470; v 190; 35°; Score 0,96; Bildalter 250 ms; Griffbestätigung nach 150 ms	Z0 bis Z7 nur bei durchgehend gültigen Bedingungen
P2 – teilweise verdecktes Ü-Teil	Score 0,62; Lage nicht eindeutig	in Z2 halten; kein Greifauftrag
P3 – Teil sichtbar, Greifsensor ohne Bestätigung	Score 0,95; nach 500 ms kein positives Greifsignal	in Z4 halten; kein Transport
P4 – vertauschter Typ	Bild meldet S, Auftrag verlangt Ü	in Z2 halten; Material nicht als Auftragserfüllung behandeln
P5 – veraltete Bildaufnahme	Bildalter 410 ms	in Z1 oder Z2 halten; frischen Datensatz anfordern
P6 – falscher Winkel	Winkel 92° statt Modellfenster 30–40°	in Z2 halten; nicht stillschweigend korrigieren

Musterlösung mit begründeter Freigabe und jedem Stopp

A. Materialfluss: Modell-Zuführung Ü und S → Bildfeld → Modellgreifstation → Transport zur Aufnahme → kontrollierte Paarung → Gutteilfach nur nach Montagebeleg. Signalfluss: Kamera-Datensatz mit Zeitstempel → Klassifikation/Pose → Plausibilitätsprüfung → Funktionsanforderung → unabhängiges Greifsignal → konzeptionelle Transportfreigabe → Montagebestätigung → Prüfprotokoll. Der übergeordnete Schutzstatus bildet eine separate, hier nicht konstruierte Voraussetzung.

B. Berechnung P1: x = (470 − 320) × 0,20 = 30,0 mm; y = (240 − 190) × 0,20 = 10,0 mm; Modell-Ort = (100 + 30, 50 + 10) = (130, 60) mm. Mit 35° liegt die Winkelvorgabe im Modellfenster. Score 0,96 ist mindestens 0,90; 250 ms ist höchstens 300 ms; 150 ms ist höchstens 500 ms. Ergebnis: Bild-, Typ-, Lage-, Frische- und Griffprüfungen sind im gegebenen Datenmodell positiv. Eine Z5-Freigabe ist nur zulässig, wenn auch das externe Modellflag SCHUTZ_OK vorliegt; Z7 erst nach dokumentiertem Montagebeleg. Sie sagt nichts über reale Sicherheit oder mechanische Qualität aus.

C. Stopps: P2 wird bei Z2 gesperrt, weil eine verdeckte Kontur keine verlässliche Pose bietet. P3 wird spätestens in Z4 gesperrt, weil ein Bild eine wirkliche Greifbestätigung nicht ersetzt. P4 wird in Z2 gesperrt, weil eine fehlerhafte Teilepaarung zu einer Fehlmontage führen kann. P5 wird vor erneuter Handlung gesperrt, weil eine alte Aufnahme eine inzwischen geänderte Lage repräsentieren kann. P6 wird in Z2 gesperrt, weil der Winkel außerhalb des definierten Übungsfensters liegt. Nach jedem Stopp bleiben Folgeaufträge gesperrt, bis die Ursache geprüft, der Datensatz erneuert und eine ausdrücklich neue fachliche Freigabe für das Lehrmodell dokumentiert ist. Für die reale Anlage sind Halteart, Zutritt, Instandhaltung und Wiederanlauf durch das dafür verantwortliche geprüfte Sicherheitskonzept festzulegen.

D. Hypothesenentscheidung: H1 wird mit Bildvarianten für freie und verdeckte Kontur untersucht; eine niedrige Bildgüte spricht für eine optische Ursache, beweist aber nicht die alleinige Ursache. H2 wird durch Gegenüberstellung von Sollgriff und fehlendem Istsignal geprüft; ohne unabhängige Bestätigung keine Transportfreigabe. H3 lässt sich rechnerisch mit korrekter und invertierter y-Achse prüfen: korrekt +10 mm, invertiert −10 mm, Differenz 20 mm in diesem Modell. Bei überlagerten Konturen prüft H4, ob die Einzelfall-Erkennung überhaupt eine sinnvolle Einzelpose liefert. Jeder Befund enthält eine Gegenprobe statt bloßer Vermutung.

E. Abnahmeurteil: Das didaktische Funktionskonzept ist für den definierten Datensatz bestanden, wenn P1 dokumentiert vollständig durchläuft, P2–P6 jeweils am vorgesehenen Zustand ohne unzulässigen Folgeübergang halten, alle acht Signal-/Materialflussabschnitte zugeordnet und mindestens drei Hypothesen mit Gegenprobe bewertet sind. „Bestanden“ gilt nur für das Lehrmodell. Für eine betriebliche Inbetriebnahme wären unter anderem dokumentierte Gefährdungsbeurteilung, unabhängige Prüfung aller Schutzfunktionen, mechanische Versuche, Eignungsnachweise und formale Betreiberfreigabe erforderlich.

Ausfüllbares Prüfprotokoll und Bewertungsraster

Prüffeld	Soll / Modellakzeptanz	Ist / Beispielbefund	Ergebnis
Funktionsplan	Material und Signale getrennt, alle Blöcke beschriftet	A im Muster dokumentiert	erfüllt
P1 Normalfall	nur bei positiver Gesamtkette bis Z7	künstlicher P1-Datensatz erfüllt Werte	erfüllt unter angenommener Schutzfreigabe
P2 Verdeckung	Z2 und ohne Greifauftrag	Score 0,62 löst Sperre aus	erfüllt
P3 Fehlender Griff	Z4 und ohne Transport	nach 500 ms keine Bestätigung	erfüllt
P4–P6 weitere Negativtests	Typ, Frische und Winkel sperren	jeweils Z2 bzw. Z1	erfüllt
Wiederanlauf	kein automatischer Neustart	erneute Prüfung/Freigabe verlangt	erfüllt als Konzept

Prüfungsdimension	Punkte	Volle Punktzahl bei ...
Quellenkritik und Aufgabenabgrenzung	10	Betreiberbeleg und Modellannahmen exakt getrennt
Material- und Signalfluss	20	beschriftete, vollständige und schlüssige Übergaben
Bildanalyse mit Rechenweg	15	Bezugsachsen, Einheiten, Winkel und Modellgrenzen richtig
Fehlerhypothesen und Prüfstrategie	15	mindestens drei trennscharfe Hypothesen samt Gegenprobe
Verriegelter Zustandsplan und Fehlerzustand	20	jeder Übergang nachweisgebunden, Stopps begründet, keine automatische Umgehung
Abnahme, Protokoll und Reflexion	20	P1–P6 begründet; negative Tests, Datenprovenienz und Verantwortungsgrenzen dokumentiert
Gesamt	100	Bewertungsvorschlag für die schulische Modellprüfung, kein betrieblicher Abnahmestandard

Bewertungsbeispiel: 9 + 18 + 14 + 12 + 18 + 17 = 88 von 100 Punkten. Die Anteile dienen der transparenten Übungsbewertung und dürfen durch Schule oder Betrieb fachlich angepasst werden. Zusätzlich gilt als Pflichtkriterium: Ein Entwurf, der P2 oder P3 trotz fehlendem Nachweis in den Transport übergehen lässt, wird unabhängig von Punkten zur Überarbeitung zurückgegeben.

SCARA-Roboter als allgemeines Vergleichsbild; Humanrobo, CC BY-SA 3.0. Keine Angabe zum tatsächlich verwendeten Robotertyp in Ehingen.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste dein Fachwissen

Was ist für die reale Ehinger Anwendung im Betreiberbericht 2025 ausdrücklich belegt? (Kamerabilder unterstützen Teileidentifikation sowie Greifkoordinaten und Ablagewinkel) (!Das Roboterfabrikat ist vollständig genannt) (!Das betriebliche Sicherheitsprogramm ist veröffentlicht) (!Die Pneumatikdrücke sind öffentlich festgelegt)

Welche Größe beschreibt im Bildfeld die Lage eines Merkmals? (Ein Pixelpaar aus horizontaler und vertikaler Bildkoordinate) (!Allein die Seriennummer des Werkzeugs) (!Nur die Anzahl montierter Schläuche) (!Ausschließlich die Temperatur des Schaltschrankes)

Wie lautet die horizontale Modellkoordinate bei u gleich 470 und u0 gleich 320 sowie 0,20 Millimeter je Pixel? (30 Millimeter) (!15 Millimeter) (!150 Millimeter) (!300 Millimeter)

Warum reicht ein hoher Bildkonfidenzwert nicht für einen Transportauftrag? (Er bestätigt weder einen realen Griff noch eine geprüfte Schutzfreigabe) (!Er erfasst automatisch jede Greifkraft) (!Er ersetzt jede betriebliche Unterweisung) (!Er beweist die vollständige Montage)

Was muss bei einem nur teilweise sichtbaren Teil im beschriebenen Modell passieren? (Die Bildprüfung sperrt den Übergang zum Greifauftrag) (!Die Geschwindigkeit wird automatisch erhöht) (!Die Kollisionsprüfung wird übersprungen) (!Das Teil gilt ohne Prüfung als montiert)

In welchem Lehrzustand ist fehlende Greifbestätigung zu prüfen? (Im Zustand Z4 GRIFFNACHWEIS) (!Im Zustand Z7 DOKUMENTIERT) (!Erst nach dem Gutteilversand) (!Ausschließlich bei der Quellenrecherche)

Was trennt Materialfluss von Signalfluss? (Materialfluss beschreibt Teilebewegung und Signalfluss beschreibt Daten und Status) (!Beide beschreiben nur elektrische Energie) (!Materialfluss enthält ausschließlich Softwareupdates) (!Signalfluss beschreibt ausschließlich Drehmomente)

Was besagt ein falsch positives Erkennungsergebnis? (Ein negativer Fall wurde fälschlich als positiv eingestuft) (!Ein positiver Fall wurde korrekt erkannt) (!Die Kamera ist automatisch kalibriert) (!Die Greifbestätigung ist zwangsläufig gültig)

Was ist bei einem unklaren Schutzstatus im Lehrmodell zu tun? (Den funktionalen Übergang sperren und fachliche Prüfung verlangen) (!Den Status als positiv annehmen) (!Das Schutzsystem durch die Kamera ersetzen) (!Ohne Dokumentation wieder anlaufen)

Welche Aussage zur Abnahme ist korrekt? (Ein bestandener synthetischer Modelltest ersetzt keine betriebliche Sicherheitsfreigabe) (!Ein positiver Test beweist alle realen Maschinenparameter) (!Alle Stopps dürfen durch ein Softwareflag deaktiviert werden) (!Der Lernkurs ist eine offizielle Liebherr Betriebsanweisung)

Memory: Fachbegriffe zuordnen

Decke passende Begriffe und Bedeutungen auf. Alle Beschreibungen gehören jeweils zu genau einem Begriff.

Pose	Position und räumliche Orientierung eines Objekts
Kalibrierung	Bestimmen eines überprüfbaren Zusammenhangs zwischen Messbild und Referenz
Greifbestätigung	Separater Nachweis eines erfolgreichen Aufnahmeschritts
Verriegelung	Unterbindet einen Funktionsübergang bei fehlender Voraussetzung
Konfidenz	Modellkennzahl für die Sicherheit einer Klassifikationsentscheidung
Rückverfolgbarkeit	Zuordnung eines Testergebnisses zu Fall und Datenstand

Drag-and-drop: Signal und Bedeutung

Ordne den fünf Prüfbegriffen ihre fachlich passende Funktion zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Bedeutung im Lehrmodell
BILD_FRISCH	Bildalter liegt innerhalb der künstlichen Übungsfrist
TYP_OK	Erkannter Teiltyp stimmt mit dem Modellauftrag überein
POSE_OK	Lage und Orientierung liegen im angenommenen Übungsfenster
GRIFF_BESTÄTIGT	Separate positive Rückmeldung liegt vor dem Transport vor
SCHUTZ_OK	Extern angenommener Schutzstatus erlaubt überhaupt eine Funktionsanforderung

Kreuzworträtsel: Schlüsselbegriffe

Trage die sechs fachlich richtigen Einzelwörter zu den Definitionen ein.

Greifer	Welches Werkzeug nimmt im Handhabungsmodell ein Werkstück auf?
Bildfeld	Wie heißt der beobachtete Bereich einer Kameraaufnahme?
Verriegelung	Welche funktionale Bedingungskette verhindert unzulässige Zustandsübergänge?
Kalibrierung	Wie nennt man das Ermitteln des Bildbezuges zu einem Referenzsystem?
Fehlgriff	Wie heißt die misslungene Aufnahme trotz angeforderter Greifbewegung?
Freigabe	Welcher positive Entscheid erlaubt einen definierten nächsten Schritt?

LearningApps

Suche hier nach thematisch passenden interaktiven Übungen. Der Suchaufruf ist keine Behauptung, dass bereits eine bestimmte LearningApp für diese Ehinger Anlage existiert.

Lückentext: Projektlogik

Die physische Folge der Werkstücke bezeichnet man als

.

Die Kamera liefert für die Lageauswertung zunächst

.

Eine Position zusammen mit einer Orientierung beschreibt die

.

Die Abbildung zwischen Pixeln und Modellmaßen erfordert eine

.

Ein verdeckter Rand mindert die zuverlässige

.

Ein positiver Bildbefund ersetzt niemals die separate

.

Unzulässige Zustandswechsel verhindern wir durch eine

.

Jede Fehlerentscheidung gehört mit Fallkennung ins

.

Die schulische Übungsfreigabe ersetzt keine betriebliche

.

Offene Aufgaben

Leicht

Aufgabe L1 – Funktionsskizze: Zeichne einen beschrifteten Materialfluss mit Überwurfmutter, Schneidring, Bildfeld, Modellgreifer, Aufnahme und Sperrfach; kennzeichne mindestens sechs Übergänge.
Aufgabe L2 – Bildbefund: Fertige zwei schematische Bilder derselben Modellmutter an, einmal vollständig sichtbar und einmal verdeckt, und begründe die unterschiedliche Prüfbarkeit.
Aufgabe L3 – Begriffe: Erstelle ein Glossar zu Pose, Bildalter, Konfidenz, Greifbestätigung, Verriegelung und Fehlgriff mit je einem eigenen Beispielsatz.
Aufgabe L4 – Quellenkritik: Trage drei belegte Aussagen des Liebherr-Berichts und drei im Kurs ausdrücklich nur modellierte Eigenschaften in eine Tabelle ein.

Standard

Aufgabe S1 – Geometrie: Berechne die Modellkoordinaten für u 420 und v 210 bei gleichem Maßstab und Ursprung; zeichne die Achsrichtung und erläutere eine mögliche Fehlinterpretation.
Aufgabe S2 – Signalliste: Entwirf sechs benannte Eingangs- und Ausgangssignale der Funktionsfolge; ergänze ihre Herkunft und die jeweilige Prüfung.
Aufgabe S3 – Fehlersuche: Formuliere zu H1, H2 und H3 je eine Gegenprobe mit Sollbefund, möglichem Fehlerbefund und begründeter Folge.
Aufgabe S4 – Prüfmatrix: Ergänze P1 bis P6 jeweils um einen erwarteten Zustand und eine Folge, die ausdrücklich nicht erlaubt ist.

Schwer

Aufgabe A1 – Zustandsautomat: Modellier die vollständige Kette Z0 bis Z7 mit Abzweig ZF, Wiedereintrittsbedingung und begründeter unabhängiger Greifprüfung.
Aufgabe A2 – Fehlerstatistik: Werte die künstliche Vierfeldertafel mit 17, 3, 1 und 19 Fällen aus; diskutiere die Grenzen der Kennzahlen für eine Abnahme.
Aufgabe A3 – Projektdokumentation: Erstelle einen vollständigen fiktiven Projektbericht mit Anforderungsliste, Rechenweg, drei Hypothesen, Testlog, Modellabnahme und Quellenverzeichnis.
Aufgabe A4 – Designreview: Spiele eine sachliche Fachbesprechung mit den Rollen Automatisierung, Mechanik, Software und Arbeitsschutz durch; protokolliere offene Nachweise ohne reale Bedienfreigaben zu erfinden.

Musterlösungen zu den zwölf offenen Aufgaben

L1: Modell-Zuführung → Bildfeld → Greifstation → Modelltransport → Montageaufnahme → Gutteil/Sperrfach; Materialpfeile eindeutig von Datenpfeilen absetzen.
L2: Freie Kontur ermöglicht Modelltyp und Lageprüfung; verdeckte Kontur liefert weniger verwertbare Merkmale und fordert Z2-Halt.
L3: Pose = Lage und Winkel; Bildalter = Zeit seit Aufnahme; Konfidenz = Klassifikationskennzahl; Greifbestätigung = separates Rücksignal; Verriegelung = erforderliche Übergangsbedingung; Fehlgriff = fehlgeschlagene Aufnahme.
L4: Belegt: Ehingen, Überwurfmuttern/Schneidringe, Identifikation und Greifkoordinaten aus Kameraaufnahmen. Modelliert: Kameramaßstab, Signale SCHUTZ_OK und GRIFF_BESTÄTIGT, Zeitfristen.
S1: x = (420−320) × 0,20 = 20 mm; y = (240−210) × 0,20 = 6 mm. Mit Lehr-Offset ergibt dies (120, 56) mm; bei vertauschter Achsrichtung würde y unzutreffend −6 mm betragen.
S2: Beispiel-Eingänge AuftragVorhanden, BildFrisch, TypOK, PoseOK, SchutzOK, GriffBestätigt; Ausgangsanforderungen Greifen, Transport, Sperren, Dokumentieren mit klaren Prüfbedingungen.
S3: H1 mit Vergleich freier/verdeckter Aufnahme; H2 mit positiver Bildmeldung ohne Griffsignal; H3 mit umgekehrtem Vorzeichen und messbarer Ortsabweichung. Je nach Negativbefund Stopp in Z2 bzw. Z4.
S4: P1 bis Z7 nur mit kompletter Nachweiskette; P2 Z2, P3 Z4, P4 Z2, P5 Z1/Z2, P6 Z2. Unzulässig sind alle darauf folgenden Transporte ohne gültige Wiederfreigabe.
A1: Jeder Übergang hat eine positive Guard-Bedingung, eine fehlende Guard-Bedingung führt zu ZF. Aus ZF gibt es keinen unmittelbaren Automatiksprung; Ursachenbehebung, erneute Prüfung und zuständige Freigabe sind zu dokumentieren.
A2: Präzision 17/18 = 94,4 %, Recall 17/20 = 85,0 %, Falsch-Positiv-Rate 1/20 = 5,0 %. Die Modellstichprobe sagt nichts über seltene Gefährdungen oder Schutzfunktionszuverlässigkeit.
A3: Ein vollständiger Bericht enthält Titel/Abgrenzung, Quellenbeleg, getrennte Flüsse, Kalibrierannahmen, H1–H3 mit Gegenproben, Zustandsplan, P1–P6 Soll/Ist, Abnahmeurteil und offene reale Nachweise.
A4: Automatisierung verteidigt logische Guards, Mechanik erläutert Kontakt- und Fügerisiken, Software belegt Datenherkunft und Testversionen, Arbeitsschutz benennt nötige geprüfte Schutzfunktionen. Ergebnis ist eine offene Punkte-Liste, keine Freigabe der realen Maschine.

Lernkontrolle

Kontrolle 1 – Funktionslogik: Begründe anhand von P1, warum die fünf Modellprüfungen zusammen notwendig sind, und nenne eine weitere Voraussetzung vor realer Maschinenarbeit.
Kontrolle 2 – Rechenprüfung: Prüfe die y-Achse der Beispieltransformation und belege mit einem Gegenbeispiel die Gefahr einer Achsenvertauschung.
Kontrolle 3 – Fehlervergleich: Vergleiche die Diagnose von P2 und P3 und erkläre, warum dieselbe Stopplogik in unterschiedlichen Zuständen ausgelöst wird.
Kontrolle 4 – KI-Grenzen: Bewerte, ob ein Konfidenzwert von 0,99 die unabhängige Greifbestätigung entbehrlich macht, und begründe dein Urteil.
Kontrolle 5 – Sicherheitsnachweis: Trenne funktionale Verriegelung und geprüfte Maschinenschutzfunktion; nenne verantwortliche Stellen für eine tatsächliche Anlagenfreigabe.
Kontrolle 6 – Abnahme: Überarbeite einen fiktiven Testbericht, der P2 fälschlich als Gutteil verbucht und P3 automatisch wieder startet.
Kontrolle 7 – Transfer: Übertrage die Prüflogik auf das bildgestützte Sortieren von Schrauben; bestimme, welche Nachweise ähnlich bleiben und welche neu ermittelt werden müssen.

Lösungskern: 1: Nur eine vollständige, überprüfte Freigabekette erlaubt Modelltransport; Unterweisung und reale Schutzprüfung fehlen. 2: y ist im vereinbarten Modell nach oben positiv; Vorzeichenwechsel macht die Lage falsch. 3: P2 zeigt Erkennungsunsicherheit in Z2, P3 fehlende Greifrückmeldung in Z4. 4: Nein, Klassifikationskonfidenz und physischer Teilekontakt sind verschiedene Messgrößen. 5: Funktionslogik ist nicht gleich sicherheitsbezogene Steuerung; Betreiber und qualifizierte Fachstellen definieren/prüfen Schutz und Freigabe. 6: P2 sperren und P3 nur nach qualifizierter Ursachenbehebung erneut freigeben. 7: Sensorplausibilität und Rückverfolgbarkeit übertragen, Greifgeometrie und Grenzen müssen neu bestimmt werden.

Lernnachweis

Der Lernnachweis umfasst eine kurze Projektdokumentation (als schulischer Modellnachweis), bestehend aus: (1) Quellenblatt zum verifizierten Betreiberbericht 2025 und klarer Trennung von Lehrmodellannahmen, (2) beschriftetem Material- und Signalflussschema, (3) dokumentiertem Rechenweg samt Achsenkonvention, (4) mindestens drei überprüfbaren Fehlerhypothesen, (5) verriegeltem Zustandsmodell mit Übergangsbedingungen und Haltzustand, (6) mindestens den drei Pflichttests korrektes Teil, verdecktes Teil, fehlende Greifbestätigung mit Soll-/Ist-Befund, (7) zusätzlicher Prüfmatrix und Abnahmeurteil sowie (8) Reflexion über die fehlende betriebliche Sicherheits- und Bedienfreigabe.

Abgabeformat: fünf bis acht textliche Modellseiten zuzüglich selbst gezeichneter Tabellen und Schemata; die Seitenzahl ist eine redaktionelle Übungsvorgabe, keine offizielle Prüfungsordnung. Für die schulische Bewertung dient das 100-Punkte-Raster in Kapitel 5. Eine schlechte Dokumentation einer Sperre ist nicht dadurch repariert, dass ein Modellversuch zufällig durchläuft.

OER und Wikipedia

Primärbeleg für Ehingen, Quellenstand 2025: Liebherr: Smart Factory, UpLoad 02/2025. Der Text wird als öffentliche Quelle verlinkt, nicht als frei lizenziertes Bildmaterial übernommen.

Offene Grundlagen: Bildverarbeitung, Bildverarbeitungssystem sowie Industrieroboter. Die folgenden geprüften Commons-Dateien illustrieren allgemeine Prinzipien, nicht die konkrete Anlage. Eine Commons-Datei kann je nach Wiki-Konfiguration als Vorschau erscheinen; der Quelllink bleibt zum überprüfbaren Nachsehen erhalten.

Nachweise zu eingebundenen freien Bild- und Videomedien:

Datei	Verifizierte Quelle	Urheberangabe laut Commons	Lizenznachweis
File:Machine Vision System.jpg	Wikimedia Commons: Machine Vision System	European Editors	CC BY-SA 4.0
File:TOSY Industrial Robot.JPG	Wikimedia Commons: TOSY Industrial Robot	Humanrobo	CC BY-SA 3.0
File:Ids-machine-vision-cameras-usb2-2004.jpg	Wikimedia Commons: IDS-Kamera	Lg123456	CC BY-SA 4.0
File:Pneumatic Gripper Arm.jpg	Wikimedia Commons: Pneumatic Gripper Arm	Miles Aldrigde	CC0 1.0
File:TI S404-01.jpg	Wikimedia Commons: SCARA-Modell	Humanrobo	CC BY-SA 3.0
File:Staubli TP80 pick and place.ogv	Wikimedia Commons: Pick-and-Place-Video	no_kids_for_dads; Commons-Lizenzreview 2016	CC BY 3.0
File:Robot arm R2 operation of the autonomous laboratory for the accelerated synthesis of novel materials (moving crucibles).webm	Wikimedia Commons: Video Laborroboter	Nathan J. Szymanski und Mitautoren der 2023er Studie	CC BY 4.0

Hinweis zu Medienrechten: Attribution, Lizenzlinks und Unterschiede zwischen Lehrmodell und fremder Originalanlage sind an den Einbettungen vermerkt. Die vollständig frei lizenzierten Videos ersetzen keine reale Werksaufnahme. Eigene Fluss-, Zustands- und Datentabellen in diesem Kurs sind speziell für das didaktische Modell erstellte Schemata; sie enthalten keine vertraulichen Betriebsdaten und keinen Mitschnitt betrieblicher Programme.

Verknüpfte Lernbereiche

Robotik und Montagezellen

Berufliche Anschlussfelder (redaktionelle Lernempfehlung):

Liebherr-Maschinen und Ausbildung – Mechatroniker: Sensorik, Aktorik, Verriegelungen
Ausbildung – Industriemechaniker: Werkstückkontakt, Fügefolge, Qualitätsprüfung
Ausbildung – Fachinformatiker: Bilddaten, Protokollierung, reproduzierbare Tests

Die Anschlussfelder sind keine bestätigten Lehrplanzuordnungen. Ausbildungsstand, konkrete Ausbildungsordnung und Lernfeldabgleich mit Betrieb und Berufsschule abstimmen.