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AOI für kleine und mittlere Losgrößen Ronald Block, Prüftechnik Schneider & Koch, Bremen

Wirtschaftlichkeit durch kurze Programmierzeiten und einfache Bedienbarkeit
AOI für kleine und mittlere Losgrößen Ronald Block, Prüftechnik Schneider & Koch, Bremen

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Gerade im Bereich der Produktion bestückter Baugruppen von kleineren und mittleren Stückzahlen ist die Forderung nach AOI-Systemen mit leistungsfähiger aber auch bedienerfreundlicher Software berechtigt. Anforderungen aus der Produktion wie Flexibilität des Systems und Vielfältigkeit bei den Bestückvarianten von HDI-Baugruppen, bis hin zu mischbestückten Baugruppen aus der Leistungselektronik werden an die Systemhersteller gestellt.

Diese Anforderungen gilt es unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten umzusetzen.

Elektronische Baugruppen und Geräte, die mit modernen Fertigungstechnologien hergestellt werden, lassen sich durch die zunehmende Miniaturisierung mit konventionellen elektrischen Prüfverfahren nur noch eingeschränkt und mit hohem Aufwand prüfen.
Bei der Serienfertigung von elektrischen Baugruppen ist es wünschenswert die Herstellungs- und Prüfprozesse zu optimieren. Abhängig von der zu erwartenden Stückzahl und der Komplexität der Baugruppen, müssen Prüfmittel unter Kosten–Nutzen Gesichtspunkten ausgewählt werden. Fertigungsdienstleister sowie Hersteller mit kleineren und mittleren Stückzahlen betrachten bei der Auswahl des AOI-Systems nicht nur die Anschaffungskosten sondern legen besonderen Wert auf einen zeitoptimierten Produktwechsel, Programmierfreundlichkeit und wirtschaftlichen Betrieb.
Die Anforderungen an die Hersteller von AOI-Systemen sind hohe Fehlerabdeckung durch zuverlässige Systeme die sich durch eine geringe Pseudofehlerrate und keinen Schlupf auszeichnen. Da die Systembetreuer immer weniger Zeit für die Testprogrammerstellung haben und oft weitere Aufgaben im Prüffeld oder in der Betreuung der Fertigungslinie übernehmen, sollte die Systemsoftware durch grafische Programmierung und halbautomatische Menüführung unterstützt werden. Durch einen „Wizard“ ist die optische Prüfung in der Fertigungslinie schnell und übersichtlich zu programmieren und für häufige Produktwechsel und Umrüstung geeignet. Durch die optische Prüfung der Baugruppen ist eine wirtschaftliche Reduzierung der Fehler möglich, diese sollte jedoch durch ein in sich abgeschlossenes Reparaturkonzept unterstützt werden. Die Reparaturdaten sollten in eine statistische Auswertung eingehen, die dann für die Prozessoptimierung verwendet werden kann.
Technologie und Wirtschaftlichkeit
Das System LaserVision der Firma Schneider & Koch ist insbesondere für den flexiblen und wirtschaftlichen Einsatz, auch bei kleinen Losen, konzipiert. Bei einer Durchfahrhöhe von über 70 mm ist das System sowohl für reine SMT-Boards als auch für mischbestückte Baugruppen geeignet. Das System ist durch die Kombination von verschiedenen Technologien flexibel einsetzbar.
Zur berührungslosen Entfernungsmessung wird ein Laserstrahl auf dem Messobjekt fokussiert. Über die Auswertung des diffus reflektierten Laserlichtes mit einem Positionssensor kann der Abstand ermittelt werden. Auch hier erleichtern Standard-Prüfroutinen, wie eine Koplanaritätsmessung, sowie optional auch das Scannen eines Höhenprofils, die Erstellung des Prüfprogramms. Die Laser Höhenmessung ist somit eine gute Ergänzung zur Bildverarbeitung, da sie auch dort einsetzbar ist, wo auf Grund zu geringer Kontraste sowie wechselnder Formen und Farben eine zuverlässige Auswertung der Kamerabilder mittels Bildverarbeitung nicht möglich ist.
Besonders bei integrierten Schaltkreisen ist es wichtig, nicht nur die Anwesenheit und Orientierung zu prüfen, sondern auch festzustellen, ob der richtige Bauteiltyp eingesetzt ist. Das System ist mit einem Verfahren zur optischen Zeichenprüfung (OCV) ausgestattet und kann so Beschriftungen auf Bauteilen oder auf der Leiterplatte kontrollieren.
Die am Markt verfügbaren AOI-Systeme nehmen durch die immer zunehmenden Anforderungen der Kunden an Funktionalität zu. Der Service und Support wird immer häufiger ein wichtiger Punkt in dem sich die Hersteller der AOI-Systeme stark unterscheiden. LaserVision bietet zusätzlich zum englischen ebenfalls ein deutsches Handbuch, dieses soll dem Anwender eine schnelle Einarbeitung und einfache Betreuung ermöglichen.
Weltweiter Applikationssupport kann durch das integrierte Modem gegeben werden. Hierbei werden die echten Produktionsbilder verwendet und das System steht weiterhin für die Leiterplatteninspektion zur Verfügung und ist nicht durch die Programmierung sowie den Debugprozess blockiert. Einfache und schnelle Programmierung, auch auf einem separatem Arbeitsplatz (Offlineprogrammierung) muss mit der Systemsoftware möglich sein. Bei der Entwicklung der Software wurde insbesondere darauf Wert gelegt, dass durch wenige einstellbare Parameter die Testschritte zu editieren sind. Auch das bei der Lötstellenkontrolle oft benötigte Expertenwissen ist bei diesem System nicht erforderlich.
Ein weitere Punkt sind die flexible Konfigurationsmöglichkeiten in der Zukunft. Die Anforderungen in der Praxis unterliegen den Entwicklungen und Technologien am Halbleitermarkt, eine Miniaturisierung der Gehäusetypen und Bauteilegrößen findet statt. Gerade hier ist es besonders wichtig das System auch im nachhinein den Anforderungen anzupassen.
Reparaturkonzept
Aufgabe für den Reparaturplatz ist die Verifizierung und Behebung erkannter Fehler. Die systeminterne Software sollte auf einem Monitor nicht nur die Detailansicht eines jeden Fehlers erzeugen, sondern auch ein Übersichtsbild des gesamten Boards zu seiner Lokalisierung. Erst ein stetiger Durchsatz garantiert hohe Produktivität. Tritt ein Fehler auf, darf das Prüfsystem während seiner Reparatur keinesfalls stillstehen. Eine Reparaturstation kann hier die geeignete Lösung bieten: Bei Inlinebetrieb trennt ein intelligenter Leiterplattenpuffer die Inspektion und Fehlerbehebung zeitlich voneinander. Die fehlerhaften Boards können zwischengespeichert, und fehlerfreie zum Auslaufbandsegment geschleust werden. Beim Standalonebetrieb kann während der nächsten Inspektion, anhand der zur Verfügung stehenden Fehlerdaten, das fehlerhafte Board bearbeitet werden. Ein zusätzlicher Barcodescanner sichert die eindeutige Zuordnung der Reparaturdaten. Zusätzlich sollte die Möglichkeit geboten werden, Fehler für die Statistik des Prüfprozesses nachzuklassifizieren. Die Prüfergebnisse können zusammen mit Datum und Uhrzeit sowie Angaben über die verwendete Programmversion und der Maschinennummer in einem Ergebnisfile festgehalten werden. Damit sind die im ISO9000-Standard und dem Produkthaftungsgesetz geforderten Einzelheiten einer erfolgten Prüfung gespeichert und jederzeit nachvollziehbar. Mit der statistischen Darstellung der Prüfergebnisse kann der Anwender einen positiven Einfluss auf den Regelkreis nehmen und so die Fertigungsqualität verbessern.
Return of Investment
Der betriebswirtschaftliche Erkenntniswert Return of Invest hängt davon ab, das der Erfolg im Verhältnis zur Investition in einem logischen Zusammenhang stehen. Das bedeutet, dass das investierte Geld zurückerwirtschaftet werden muss. Für die Berechnung des Wertes können Fehler, die nur optisch erkennbar sind wie z.B. mechanische Bauteiledefekte (verbogene Pins), fehlende Bauelemente (parallele Kondensatoren, Steckverbinder), falsche Bauelemente-Typen (falsche Lieferanten), fehlbestückte SMT- oder THT-Bauelemente und schlechte Lötstellen (mit elektrischem Kontakt) herangezogen werden. Man kann davon ausgehen dass diese Fehler je nach Prüfkonzept ohne AOI nicht sicher erkannt werden und die Funktionstüchtigkeiten beim Endkunden beeinflussen und Reklamationen verursachen können. Die Kosten für die Beseitigung der Mängel und die Reparaturen sind nicht unerheblich. Zusätzlich kann das Auftreten der Fehler beim Endkunden zu Imageverlust führen. Die oft in der Fertigung eingesetzte manuelle Kontrolle kann nicht komplett eingespart werden, da das AOI-System eine gewisse Betreuung benötigt. Wenn das AOI-System jedoch mit einfacher Programmerstellung und hoher Zuverlässigkeit mit geringen Pseudofehlern eingesetzt werden kann, ist eine erhebliche Kostensenkung zu erwarten. Dieses bedeutet einen schnellen Return of Invest mit Verbesserung der Fertigungsqualität und Reproduzierbarkeit der auftretenden Fehlern.
Fazit
Der flexible und wirtschaftlicher Einsatz eines AOI-Systems, auch bei kleinen Losen ist abhängig von der eingesetzten Technologie und der Funktionalität der Software. Insbesondere die Zuverlässigkeit des Systems und eine niedrige Anzahl an Pseudofehler bei einfacher Programmierung sind wichtige Indikatoren bei der Kaufentscheidung. Grundsätzlich sollte eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung unter Berücksichtung der durch das System zu erreichenden Zeitersparnis und dem damit verbundenen Kostenvorteil sowie der Verbesserung der Fertigungsqualität vorgenommen werden. Der Service und Support des Herstellers sowie ein in sich abgeschlossenes Reparaturkonzept wird immer wichtiger. Das Ziel einer optimierten Prüfqualität wird mit dem LaserVision-System durch das gezielte Aufnehmen und Auswerten von Prozessparametern durch Statistikmodule, und durch die Möglichkeit, das Seriendebug auch offline durchführen zu können, erreicht.
EPP 457
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