AOI von Baugruppen Farbinspektion in der Kleinserienfertigung

Wenn es um flexibles Austesten von Baugruppen geht, ist die Automatische Optische Inspektion eine gute Wahl. Die Stand-Alone-Systeme der Serie OptiCon verfügen über Kamerasysteme mit bis zu 4 MPixel und ein telezentrisches Objektiv. Einsetzen lassen sie sich bei einer nicht verketteten Fertigung in der Kleinserie.

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Viele Unternehmen der Elektronikbranche gliedern ihre Baugruppenfertigung aus, um Fixkosten zu minimieren. Meist sind kleine bis mittlere Fertigungslose betroffen, verbunden mit einem ständigen Produktwechsel. Es ergeben sich hohe Anforderungen an die Logistik des Herstellers und die begleitende Produktprüfung. Bei kleineren Stückzahlen sollten die Einmalaufwände zum Prüfen eines Baugruppentyps minimal sein. Damit sind adapterlose Prüfverfahren die einzig sinnvolle Lösung. Als effektiv hat sich dabei der Einsatz der Automatischen Optischen Inspektion (AOI) herausgestellt und in der Vergangenheit dementsprechend etabliert. Besonders die Stand-Alone AOI-Systeme stellen bei einer nicht verketteten Fertigung ein geeignetes Prüfmittel dar, um flexibel die geforderte Produktqualität sicherzustellen.

AOI-System für den portablen Einsatz

Gerade der Einsatz an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Fertigung garantiert die Effizienz eines AOI-Systems. Durch kompakte und portable Inspektionslösungen kann die Prüfung beispielsweise innerhalb der SMD-Fertigung, zwischen THT-Bestückung und Wellenlötung oder nach Komplettmontage der Gesamtbaugruppe erfolgen.

Speziell für diesen Einsatzfall bietet OptiCon SmartLine eine Möglichkeit, hohe Fehlererkennung nach den unterschiedlichen Abschnitten der Baugruppenfertigung zu gewährleisten. Das System integriert alle notwendigen Komponenten einschließlich des Basis-PCs in einem Auftisch-Gehäuse. Es wird lediglich Platz für Monitor sowie Tastatur und Maus benötigt.

Durch das All-In-One-Konzept lassen sich zusätzliche Verbindungskabel zwischen Grundgerät und PC vermeiden, da sie nicht nur einen erhöhten Aufwand bei einem Transport bedeuten, sondern auch eine potenzielle Fehlerquelle für Systemdefekte sind. Ein Untergestell mit Rollen und integriertem Monitor- und Tastaturhalter ermöglicht die einfache Handhabung beim flexiblen Einsatz an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Fertigung.

Hohe Leistungsfähigkeit trotz kompakter Bauweise

Das seit April 2007 verfügbare kompakte Desktop AOI-System steht in den primären Inspektionsparametern den größeren Systemen der OptiCon-Familie in keiner Weise nach. Eingesetzt wird der Kamerakopf in der 1M-Version, der über ein telezentrisches Objektiv verfügt. Zum Ausleuchten stehen beispielsweise das dreifarbige TopFlash- sowie die flexible QuattroFlash-Beleuchtung mit wählbaren Beleuchtungsrichtungen zur Verfügung. Die TopFlash-Beleuchtung ermöglicht homogenes Ausleuchten des Betrachtungsfeldes sowie eine kontrastreiche Darstellung farbiger Merkmale (Polaritätsmarkierung).

Bei der QuattroFlash-Beleuchtung wird mit unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen gearbeitet, die den Ausschluss störender Einflüsse durch Lötstopplack, Flussmittel und Leiterzüge sowie einen hohen Kontrast für die Erkennung von Laserbeschriftungen ermöglichen. Das mechanische Grundkonzept wurde in Anlehnung an das Stand-Alone-System OptiCon BasicLine entwickelt. Es wurde auf der diesjährigen Elektronik-Fachmesse APEX in Los Angeles mit dem „Best In Test“-Award der weltweiten Zeitschrift „Test and Measurement“ ausgezeichnet. So kommen auch beim OptCon SmartLine Linearmotoren zum Einsatz, die sowohl die zu prüfende Baugruppe als auch den Kamerakopf in jeweils einer Richtung orthogonal zueinander bewegen. Das Antriebskonzept ist Positionsgenau, hat eine hohe Verfahrdynamik und ist Wartungsfreundlich.

Bauteileidentifizierung durch Farbinspektion

Durch die Extended Colour Technology lassen sich Farbbilder ohne Einschränkungen in der Pixelauflösung erstellen. Parallel dazu stehen kontrastreiche Graustufenaufnahmen zur Verfügung, die speziell in Kombination mit der ausgewählten Beleuchtungsfarbe die Darstellung von kritischen Erkennungsmerkmalen, wie von Polaritätsmarkierungen, optisch verstärken können. Sowohl die homogene Ausleuchtung des gesamten Betrachtungsfeldes als auch die telezentrische Optik gestatten den uneingeschränkten Einsatz der OptiCon-Bauteilbibliothek und sind damit Basis für die Kompatibilität aller Systeme untereinander.

Zur genaueren Fehlererkennung steht neben der Extended Colour Technology eine weitere Prüffunktion zur Identifizierung von farbcodierten THT (Through Hole Technology)- und SMD-(Surface Mounted Device-)Bauelementen zur Verfügung. Prüffunktionen auf Basis eines Bildvergleiches (Korrelationsverfahren) liefern als Rückgabe nur eine Ja/Nein Aussage und sind durch eine erhöhte Pseudofehlerrate sowie durch Fehlerschlupf gekennzeichnet.

Aus diesem Grund wurde ein optimierter Klassifizierungsalgorithmus entwickelt. Er basiert auf eine detaillierte Merkmalsanalyse hinsichtlich Farbe und Glanzgrad und liefert dem Anwender als Ergebnis den direkten Zahlenwert der Farbcodierung. Der Wert lässt sich dann mit dem im jeweiligen Prüfschritt oder Bibliothekseintrag hinterlegten Sollwert verknüpfen, womit auch eine Definition von alternativen Bauteilwerten möglich ist.

Reduzierte Prüf- und Reparaturkosten durch optimale Fertigungsintegration

Neben Basis-Prüffunktionen wie Bauteilpositionierung, Lötstellenkontrolle und Klarschrifterkennung (OCR) ermöglicht die Farbprüfung den effektiven Einsatz des Systems, um mögliche Bestückfehler frühzeitig zu erkennen. So können durch Prüfen von Widerstandwerten nach der Handbestückung bedrahteter Bauelemente falsche Widerstandswerte mit geringem Aufwand ausgetauscht werden. Kommen solche Fehler erst bei einem elektrischen Test zum Vorschein, würde dies ein Vielfaches an Reparaturkosten bedeuten.

Zusätzlich lässt sich durch die detaillierte Bauteilidentifikation der In-Circuit-Test entlasten und dessen First-Pass-Yield deutlich erhöhen. Gegebenenfalls kann durch die erhöhte Fehlerabdeckung des AOI-Systems auf einen elektrischen Test vollständig verzichtet werden, wodurch neben Adapterkosten für den ICT auch Kosten für einen baugruppenspezifischen Funktionstest entfallen können.

Neben der erhöhten Fehlererkennung ermöglicht der Test die realitätsnahe farbige Darstellung erkannter Fehler innerhalb der OptiCon-Reparaturplatzsoftware. Zur eindeutigen Fehleridentifizierung und -lokalisierung stehen sowohl ein farbiges Übersichtsbild mit markierter Fehlerposition als auch ein Vergleichsbild des Fehlerbereiches zur Verfügung.

AOI-System als Desktop-Lösung

Das OptiCon SmartLine ist eine Auftisch-Lösung, die einen Basis-PC vollständig in das Grundsystem integriert. Zum Aufstellen des Systems ist lediglich der Anschluss von Monitor und Tastatur notwendig. Ein Einsatz an unterschiedlichen Stellen des Fertigungsprozesses ist ebenfalls möglich. Mit dem System lassen sich Leiterplatten bis zu einer Größe von 400 mm x 300 mm prüfen.

Das Kameramodul ermöglicht neben kontrastreichen Graustufen-Aufnahmen auch hochauflösende Farbbilder. Sie sind sowohl für Farb-Prüfaufgaben (z.B. für die Verifikation von Farbcodes) als auch für die farbige Darstellungen erkannter Fehler am Reparaturplatz zur Verfügbar.

*Jens Kokott ist Leiter für AOI-Systeme bei Göpel electronic in Jena.

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