Kontrolle vor Ort Dipl.-Ing. Kai Uwe Fuchs, Fuchs engineering, Tübingen

Die stetig steigenden Qualitätsansprüche in der Elektronikfertigung werden durch technologisch optimierte Fertigungsprozesse im Normalfall fast immer erfüllt. Probleme entstehen lediglich, wenn die Produktionsmaschinen zeitweise in Ausnahmezustände geraten. Hierbei treten Kontrolllücken im Fertigungsprozess auf, die nur schwer mit konventionellen Mitteln geschlossen werden können. Prüfprozesse, die diesen Sicherheitsmangel beheben, treiben bisher jedoch die Prüfkosten in unwirtschaftlich hohe Regionen. Andererseits wird durch den Einsatz von konventionellen Prüfsystemen am Ende der Fertigungskette zwar die Qualität des Produktes garantiert, ein systematischer Fehler am Anfang der Fertigungskette wird jedoch bis zum Ende verschleppt.

Abhilfe können hier intelligente Sensorsysteme schaffen, welche die konventionellen Prüfmethoden ablösen. Diese Systeme müssen direkt im Fertigungsprozess eingesetzt werden, so dass ein Fehler an einer Bearbeitungsstation sofort festgestellt werden kann. Die dabei anfallenden Produktionsdaten geben ein lückenloses Abbild der Fertigungsqualität zu jedem beliebigen Zeitpunkt. Da diese Daten jedoch dezentral und in großen Mengen anfallen, wurde von Fuchs engineering ein neues Konzept entwickelt und realisiert.

Bei dem optoelektronischen Sensorsystem VS710 wird im Gegensatz zu den herkömmlichen Bildverarbeitungssystemen kein teurer PC verwendet. Die Auswerteelektronik sitzt vielmehr unmittelbar auf dem Sensorkopf und beinhaltet die gesamte Auswertelogik auf einem nichtflüchtigem Flash-Speicher. Die Kommunikation mit der Außenwelt wird entweder direkt über integrierte digitale Ein-/Ausgänge oder per Profibus DP abgewickelt. Der Profibus DP zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

Der Sensor lässt sich über den Profibus DP als dezentrales Peripherieelement einbinden, durch seinen mechanisch sehr stabilen Aufbau können Mess- und Prüfaufgaben direkt in der Fertigungsumgebung übernommen werden. Zusätzliche Schutzmaßnahmen wie Schutzklassen bis IP 65 sind möglich. Der Sensor verfügt dabei über ein komplettes Bildverarbeitungssystem im Format 65 x 80 x 150 mm3.

Die Sensoren werden stets offline eingerichtet. Dies verhindert einen Produktionsausfall und ermöglicht es dem Einrichter, abseits der Produktionsmaschine Prüfkonzepte zu entwerfen. Dabei sind keine speziellen Programmierkenntnisse im herkömmlichen Sinne notwendig. Der Einrichter kann seine Kenntnisse und Erfahrungen im Umgang mit der Mess- und Prüftechnik direkt umsetzen. Nach ausgiebigen Offlinetests wird der Messablauf auf den Sensor übertragen.

Die Prüfungen von bestückten Leiterplatten werden anhand von Masterplatten eingelernt. Die Serienprüfung ermittelt folgende Daten für jedes Bauelement:

Dabei werden für jedes Bauteil die Mittelpunkts- koordinaten bestimmt und auf die Leiterplatten-Referenzmarken bezogen. Die Toleranzen können im Einrichtmenü vorgegeben werden. Darüber hinaus wird anhand von unterschiedlichen Merkmalen, wie Länge, Kontur und Beschriftung, die Bauteiltypen identifiziert und ihre Polarität über eingelernte Mustermerkmale geprüft. Die Leiterplatte kann anhand des Datamatrix-Codes identifiziert werden, der die Seriennummer und Typklasse beinhaltet. Damit wird die Rückverfolgbarkeit der Fertigung gewährleistet.

Um eine hohe Flexibilität der Anlage zu gewährleisten wird die Kamera mit einem Achssystem über den entsprechenden Prüfpositionen geführt. Somit kann der gesamte Lötwagen mit hoher Auflösung abgetastet werden.

Als Transportmedium der Qualitätsdaten dient der Profibus, der je nach Anwendung auf Kupferkabel oder Glasfaser gefahren wird. Dies verbindet auch weitläufige Fertigungslinien. Das dezentrale Konzept sieht in der Umsetzung vollkommen autonom arbeitende Sensoren vor, die im einfachen Produktionsbetrieb keinerlei Zugriff auf den Feldbus benötigen. Dies garantiert eine hohe Produktionsverfügbarkeit und führt nicht zwingend zum Produktionsstillstand beim Ausfall einzelner Komponenten. Erst im eingeschalteten Produktions-Überwachungsmodus werden die Prüfdaten an den Überwachungsrechner übertragen. Dieser Überwachungsrechner beinhaltet einen OPC-Server, der wiederum die Produktionsdaten vom Feldbus abnimmt und über die standardisierte OPC-Schnittstelle an weitere Applikationen bereitstellt. Die Prüfwerte, die die Sensoren liefern, werden in Excel-Tabellen hinterlegt. Durch die mitgelieferten Makros werden diese Daten bereits während des Empfangs visualisiert und graphisch angezeigt. Dies ermöglicht von jedem beliebigen Ort im Firmennetz (Ethernet/TCP-IP, Intranet etc.) einen Abruf der aktuellen Fertigungsdaten.

CAQ-Systeme sollen durch ihre Auswertungen eine Produktionsabweichung frühzeitig erkennen und entsprechend signalisieren. So wird eine Möglichkeit zur kontinuierlichen Prozessoptimierung geschaffen. Diese CAQ-Systeme haben Schnittstellen für die unterschiedlichsten Prüfgeräte, über die der Visualisierungsrechner von Fuchs alle Produktionsdaten weiterleiten kann.

Eine weitere Möglichkeit ist die Fernwartungsfunktionalität: Dabei können autorisierte ISDN-Gegenstellen direkt auf das Sensornetz zugreifen und folgende Aufgaben durchführen:

Dies reduziert den Serviceeinsatz und optimiert im Störfall die Serviceeffizienz.

electronica, Stande A1.355

EPP 476