Startseite » Allgemein »

Mit Kamera und Laser auf der Suche

Höhere Fehlerabdeckung durch Kombination optischer Meßverfahren
Mit Kamera und Laser auf der Suche

Baugruppen können mit Hilfe der optischen Inspektion schnell und kostengünstig auf Löt- und Bestückungsfehler untersucht werden. Als grundlegendes Meßverfahren wird hierzu die Bildauswertung über eine Kamera eingesetzt. Probleme können dabei mangelnde Kontrastunterschiede und Reflexionen verursachen, weshalb oft mehrere Kameras und unterschiedliche Beleuchtungsmöglichkeiten notwendig sind.Eine Alternative stellt die Laserhöhenmessung dar, die denVorteil höherer Fehlerabdeckung offeriert.

Gert Heuer, Rohde & Schwarz, München

Für die Fertigungskontrolle von elektronischen Baugruppen in der Produktion setzt sich immer mehr die automatische optische Inspektion (AOI) durch. Dabei wird mit einer oder mehreren Kameras ein Bild der Baugruppe aufgenommen, digitalisiert und mit speziellen Algorithmen ausgewertet. Anwesenheit, Lage und Orientierung der auf der Baugruppe vorhandenen Bauteile sowie eingeschränkt Anwesenheit und Qualität der optisch zugänglichen Lötstellen können auf diese Weise sicher kontrolliert werden. Damit werden die meisten Fertigungsfehler schnell und zuverlässig erkannt. Der Einsatz dieses Verfahrens ist jedoch auf die sichtbaren Teile der Baugruppe beschränkt. Die verdeckten Lötstellen von BGAs können nicht kontrolliert werden. Ist die Baugruppe also doppelseitig bestückt, dann müssen jeweils beide Seiten geprüft werden
Schlechte Kontrastverhältnisse sowie wechselnde Bauteilfarben oder -formen bereiten der Bildverarbeitung zumeist Schwierigkeiten, so daß diese Bauteile nicht oder nur mit großer Unsicherheit geprüft werden können. Die meisten Hersteller von AOI-System versuchen deshalb, derartige Probleme mit mehreren Kameras und komplexen Beleuchtungseinrichtungen zu kompensieren. Das schlägt sich nicht nur in einem höheren Systempreis nieder, sondern macht zudem die Programmierung der Prüfabläufe aufwendiger. Beim LaserVision System von Rohde & Schwarz werden dagegen mit der Bildverarbeitung, der Lasertriangulation und der Schrifterkennung drei unterschiedliche Meßverfahren vorteilhaft kombiniert. Ergeben sich beispielsweise bei der Bildauswertung eines Bauelements Schwierigkeiten durch zu geringe Kontraste, kann durch die Laserhöhenmessung trotz-dem eine zuverlässige Kontrolle statt-finden. Insgesamt läßt sich so nicht nureine höhere Fehlerabdeckung, sondern auch eine geringe Pseudofehlerrate erreichen.
Im StandardausbauDie Basiskonfiguration des LaserVision Systems sind enthält zwei Kameras mit unterschiedlichen Brennweiten Auflösungen und einen Laser zur Messung von Höhendifferenzen vorhanden. Durch die Montage auf einer XY-Verfahr-einheit lassen sich die Kameras und die Lasermeßeinheit frei über der Baugruppe positionieren. Aufgrund der unterschiedlichen Brennweiten Auflösungen der Kameras können sowohl sehr große Bauteile als auch sehr kleine Bauteile auf Löt- und Bestückungsfehler untersucht werden. Sofern sehr kleine Bauteile, beispielsweise Chips mit einer Größe von 0402 geprüft werden sollen, ist zusätzlich die Installation einer Finepitch-Kamera möglich.
Bildauswertungals Prüfverfahren
Die Bildauswertung arbeitet sehr schnell und bietet eine umfassende Fehlerabde-kkung. Die Tests laufen automatisch ab, ohne den Prüfling zu berühren. Die Prüfprogramme sind einfach zu erstellen und bei Bedarf leicht auswechselbar. Damit eignet sich dieses Verfahren zur grundlegenden Prüfung der Baugruppe. Beispielsweise lassen sich Anwesenheit und Position, die richtige Polarität anhand von Markierungen und die exakte Lage der Bauteile kontrollieren. Darüber hinaus können Lötstellen kontrolliert, eine Kurzschlußprüfung an IC-Pins sowie optional auch die Prüfung von Displays und Anzeigen durchführt werden. Das Prüfprogramm wird dabei nahezu automatisch aus den Bestü-kkungsdaten der Baugruppe erzeugt.
Das LaserVision System kann zusätzlich mit der Funktion für automatische Schrift-erkennung erweitert werden. Damit lassen sich auch Beschriftungen auf Bauteilen, der Leiterplatte bzw. Baugruppe überprüfen, so daß kontrolliert werden kann, ob das richtige Bauteil bestückt wurde. Dies ist besonders bei solchen ICs wichtig, wo zwar die gleiche Bauform/Package vorliegt, aber unterschiedliche Funktionen realisiert sind.
Auf den Bauteilen befinden sich oftmals schwer entzifferbare Schriften – beispielsweise Laserbeschriftungen oder Tampondruck – mit zahlreichen Unregelmäßigkeiten wie Linienbrüchen, unregelmäßiger Farbverteilung oder unscharfen Konturen. Da aus diesem Grund eine konventionelle OCR-Software (Optical Character Recognition) nicht geeignet ist, wurde zur Schrifterkennung ein spezielles Verfahren entwickelt. Die Schrift wird dabei durch eine Kamera erfaßt und mit Hilfe einer speziellen Software – basierend auf neuronalen Algorithmen – mit einem eintrainierten Schriftsatz verglichen. Dieses wissensbasierte System kann also nicht nur „lesen“, sondern erkennt die nur vorher eintrainierten Zeichen wieder. Dieses Verfahren wird auch OCV (Optical Character Verification) genannt und ist für diesen Zweck wesentlichzuverlässiger und damit besser geeignet.
Untersuchungen mitLaser-Höhenmessung
Bei fehlenden Unterscheidungsmerkmalen oder bei geringen Kontrastverhältnissen oder bei fehlenden Unterscheidungsmerkmalen funktioniert die Bildauswertung entweder überhaupt nicht oder nur sehr unzuverlässig, so daß der alleinige Einsatz dieses Verfahrens nicht sinnvoll ist. Das LaserVision System weist für derartige Fälle ein integriertes Lasersystem zur Durchführung von Höhenmessungen über das Triangulationsprinzip (Bild 2) auf. Die Messung erfolgt nicht anhand der Reflexion des Laserstrahls, sondern es wird der Ort der diffus reflektierenden Oberfläche gemessen. Damit ist eine relativ große Unabhängigkeit vom Reflexionsverhalten des Meßobjekts gegeben. Dieses Verfahren ist allerdings bei total reflektierenden Materialien wie verzinnten Pads, Lötstellen oder anderen Metallen nicht anwendbar. Hier wird deshalb die Bildverarbeitung eingesetzt, die eine Auswertung des Reflexionsverhalten von Bauteilen und Lötstellen eher ermöglicht.
Die Laserhöhenmessung ist beispielsweise zur Unterscheidung von Elektrolytkondensatoren geeignet. Diese können sich äußerlich mitunter lediglich in der Höhe unterscheiden, aber sehr unterschiedliche Spannungsbelastbarkeiten aufweisen. Über die orthogonale Sicht läßt sich zwar die Polarität gut erkennen, aber der Spannungswert kann weder direkt gelesen, noch indirekt über den Durchmesser bestimmt werden. Wurde ein falscher Elektrolytkondensator eingesetzt, bleibt im elektrischen Test (ICT/MDA) der Fehler unerkannt. Doch beim Anlegen der vollen Betriebsspannung wird das falsche Bauteil dann zerstört und die Baugruppe kann erheblich beschädigt werden. Nur durch eine genaue Höhenmessung kann der eingebaute Bauteiltyp einwandfrei identifiziert werden. Erst die Kombination beider Verfahren, Bildverarbeitung und Höhenmessung, führt zu einer voll-ständigen Fehlerab-deckung.
Neben derartigen Referenzmessungen lassen sich auch exakte Höhenprofile bestimmen, die sogenannten Laser-Scans. Sie eignen sich zur Koplanaritätsmessung von Bauteilen wie ICs und Steckerleisten und zur Unterscheidung von Bauteilen mit unregelmäßiger Form wie Tantaltropfenkondensatoren. Hierzu wird das Höhenprofil des Bauteils gemessen und anschließend mit einem vorgegebenen Toleranzband verglichen. Dieses Verfahren ist beispielsweise für die Kontrolle des planen Einbaus von Steckerleisten oder anderen Sonderbauteile bzw. mechanischer Teile wichtig, die beim Einbau der Baugruppe in ein Gerätegehäuse eine hohe Paßgenauigkeit erfordern. Die Laserhöhenmessung stellt somit eine gute Ergänzung zu der Bildauswertung dar.
Durch diese Kombination von drei verschiedenen Meßverfahren läßt sich der Systemaufbau gegenüber AOI-Systemen mit mehreren Kameras, optischen Bänken und komplexen Beleuchtungseinrichtungen deutlich vereinfachen. Das bringt nicht nur Vorteile bei der Investition, sondern auch bei den Betriebs- und Inspektionskosten. Denn damit müssen wesentlich ein-fachere Prüfprogramme erzeugt werden (geht schneller), auch die Auswahl des optimalen Verfahrens ist einfacher, um gerade in Grenzfällen weniger Messungen, um stabilere Messergebnisse Prüfaussagen zu erhalten. Insgesamt ergibt sich eine außergewöhnlich hohe Fehlerabdeckung durch die Inspektion bei gleichzeitig sehr geringen Pseudofehlerraten.
Nach dem Studium begann er als Hardwareentwickler auf den Gebieten CCD-Kameras und schnellen Bildverarbeitungssystemen zu arbeiten. Danach betreute er als Produktmanager für Bildverarbeitung der Fa. Grundig u.a. optische Leiterplatteninspektionssysteme. Seit 1999 ist er Produktmanager für optische Inspektionssysteme der Firma Rohde & Schwarz in München.
EPP 266
Unsere Webinar-Empfehlung
INLINE – Der Podcast für Elektronikfertigung

Doris Jetter, Redaktion EPP und Sophie Siegmund Redaktion EPP Europe sprechen einmal monatlich mit namhaften Persönlichkeiten der Elektronikfertigung über aktuelle und spannende Themen, die die Branche umtreiben.

Hören Sie hier die aktuelle Episode:

Aktuelle Ausgabe
Titelbild EPP Elektronik Produktion und Prüftechnik 1
Ausgabe
1.2024
LESEN
ABO
Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Videos

Hier finden Sie alle aktuellen Videos


Industrie.de Infoservice
Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de