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3D-Prüfbilder mit nur einer Kamera Omron Europe BV, Hoofdorp (Niederlande)

AOI mit Spezialbeleuchtung
3D-Prüfbilder mit nur einer Kamera Omron Europe BV, Hoofdorp (Niederlande)

Mit einem Auge kann der Mensch nicht dreidimensional sehen. Das Gleiche gilt auch für Kamerasysteme, die in Maschinen zur automatischen Leiterplatten-Inspektion eingesetzt werden. Um aussagekräftige Prüfergebnisse zu erzielen, sind hier üblicherweise mehrere Kameras notwendig oder man muss aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommene Bilder der gleichen Kamera miteinander kombinieren. Es gibt dazu jedoch eine wesentlich praxisgerechtere Alternative: Dank ausgeklügelter Beleuchtungstechnik lassen sich mit nur einer Kamera und einer Aufnahme hochauflösende, dreidimensionale Bilder generieren.

Dem Anwender kann es eigentlich gleichgültig sein, mit wie vielen Kameras die AOI-Maschinen arbeiten, die er zur Prüfung seiner Leiterplatten nutzt. Das Wichtigste für ihn sind verlässliche Prüfergebnisse und aussagekräftige Bilder am Reparaturplatz. Je mehr Kameras eingesetzt sind, desto größer werden jedoch Wartungsaufwand, Ausfallwahrscheinlichkeit und Ersatzteilhaltung und damit naturgemäß auch die Kosten. Der AOI-Spezialist Omron geht deshalb bei seinen vielseitig einsetzbaren AOI-Maschinen einen anderen Weg: Hier liefert eine einzige Kamera ungewöhnlich aussagekräftige Prüfbilder mit 3D-Informationen und das mit beachtlichen Auflösungen bis hinunter zu 10 µm. Die Grundlage dafür schafft ein patentiertes Verfahren, das in einer Beleuchtungseinheit drei verschiedene Farbringe miteinander kombiniert und auf dem physikalisch-optischen Prinzip „Einfallswinkel = Ausfallswinkel“ aufbaut.

Die Leiterplatte wird hierzu von einer RGB-Einheit beleuchtet (Bild 2): In 360° ringförmig angeordnete rote, grüne und blaue LEDs senden aus unterschiedlichen Höhen und damit auch unterschiedlichen Einfallswinkeln ihr jeweiliges Licht auf das Bauteil. Der rote Lichtring ist dicht an der Kamera angeordnet (Bild 2a). Sein Licht trifft aus einem sehr steilen Winkel auf das Objekt. Es kann folglich nur von flachen Prüfoberflächen oder Ebenen in die Kamera reflektiert werden. Der blaue Lichtring dagegen ist sehr flach über dem Prüfobjekt angeordnet und strahlt in einem flachen Winkel ein (Bild 2c). Dadurch erreichen nur Reflexe von steilen Kanten die Kamera. Zwischen dem blauen und roten Lichtring ist der grüne platziert (Bild 2b). Der Wert seines Einfallswinkels liegt zwischen denen der beiden anderen. So wird nur grünes Licht von leichten Anstiegen der Prüfoberfläche in die Kamera reflektiert. Die Kamera selbst arbeitet mit drei Chips (je 1250 x 1000 Pixel).
Bild 3 zeigt, wie das Einkamerasystem zunächst selbst das 3D-Modell einer Lötstelle mit Bauteil „sieht“. Daraus berechnet eine Farbbildverarbeitung dann Position, Größe und Form der roten, grünen und blauen Bereiche. Am Ende steht ein aussagekräftiges Prüfergebnis mit 3D-Informationen (Bild 4): Die direkt reflektierten Oberflächen wie Lot, Glas oder Metall zeigen deutlich die einzelnen Farben. Alle anderen Teile der Platine und die Körper erscheinen in natürlichen Farben, da sie diffus reflektieren. Die Vorzüge der hochauflösenden und dabei wirtschaftlichen Einkamerasysteme lassen sich bei jeder Prüfaufgabe und jedem Automatisierungsgrad nutzen. Dadurch hat der Anwender – zusätzlich zu In-Circuit- und Funktionstest – die Möglichkeit, zum frühstmöglichen Zeitpunkt Fehler aufzuspüren, die sich erst später auswirken.
Omron bietet die leistungsfähigen AOI-Maschinen für 3D-Vermessungen mit nur einer Kamera in sehr unterschiedlichen Varianten an, z. B. auch AOI-Maschinen zur Offline-Inspektion. Bei den in die Fertigungslinie integrierten AOI-Maschinen hat der Anwender die Wahl zwischen einer reinen Endkontrolle der Leiterplatte oder AOI-Maschinen, die jeden einzelnen Produktionsschritt kontrollieren, also das Aufbringen der Lötpaste, die Bestückung und den Lötvorgang.
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