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Prüfen in der dritten Dimension Jens Kokott, Göpel electronic, Jena

Erhöhte Fehlerabdeckung für die Qualitätssicherung von Elektronik-Produkten
Prüfen in der dritten Dimension Jens Kokott, Göpel electronic, Jena

Der Einsatz von AOI-Systemen in der Elektronikfertigung hat sich mittlerweile als Standard etabliert, und ist als Hilfsmittel zur Qualitätssicherung nicht mehr wegzudenken. Dabei findet man als häufigsten Anwendungsfall die Inspektion von bestückten und gelöteten Leiterplatten. Die Prüfungen beziehen sich hierbei insbesondere auf Anwesenheit, Lagerichtigkeit, Polung und richtige Lötung der Bauelemente.

Auch wenn die zu prüfenden Baugruppentypen, bedingt durch ihre unterschiedliche Funktionalität, untereinander stark differieren und ein großes Bauteilspektrum abzudecken ist, so handelt es sich hierbei doch um Seriengeräte, die mit verschiedenen Grundfunktionen die einzelnen Variationen abdecken.

Neben der Prüfung dieser Flachbaugruppen ergeben sich jedoch innerhalb des Fertigungsprozesses des Gesamtproduktes zahlreiche weitere Prüfaufgaben, für welche oftmals kundenspezifische Sonderlösungen zu installieren sind. Beispiele hierfür sind u.a. die Kontrolle auf richtige Ansteuerung optoelektronischer Anzeigen, normgerechte Ausführung von Steckverbindern sowie qualitätskonformes Zusammenfügen und Verlöten von Einzelbaugruppen.
Speziell für diese Einsatzfälle in peripheren bzw. finalen Produktionsschritten wurde von Göpel electronic das Inspektionssystem TOM Line entwickelt, welches neben einer kundenspezifischen Konfiguration auch eine hohe Flexibilität hinsichtlich wechselnder Prüfobjekte und Prüfaufgaben ermöglicht.
Es handelt sich hierbei um ein benutzerfreundliches Testsystem, welches sich durch seine einfache und komfortable Bedienung sowie die hohe Modularität und Flexibilität auszeichnet. Die Definition der Testaufgaben erfordert dabei keinerlei Programmier- oder Bildverarbeitungskenntnisse. Darüber hinaus bietet das System praktische Prüffunktionen, die vom Anwender zu komplexen Prüfprogrammen zusammengestellt werden können. Obwohl das Testsystem als fertige Lösung geliefert wird, hat es verschiedenste Erweiterungsoptionen. Je nach vorliegendem Einsatzfall stehen unterschiedliche Module (TOM ComfortLine, TOM ColorLine, TOM FlashLine und TOM AutomotiveLine) zur Verfügung.
Neben der Kontrolle der richtigen Darstellung von Symbolen, z.B. zur Inspektion von Kombiinstrumenten kann mit dem System eine Kalibrierung der Zeigerinstrumente sowie die Überprüfung des Zeiger-Gleichlaufs vorgenommen werden. Aufgrund der enormen Vielfalt möglicher Prüfobjekte ergeben sich jedoch auch Inspektionsaufgaben, bei denen CCD-Flächenkameras im herkömmlichen Einsatzfall an ihre Grenzen stoßen. Dies tritt jedes Mal dann zu Tage, wenn neben zweidimensionalen Vermessungs- und Prüfaufgaben zusätzlich die dritte Dimension mit als Prüfkriterium heranzuziehen ist. Das Anwendungsspektrum ist hierbei äußerst vielschichtig: Es betrifft z.B. die Qualitätskontrolle von Steckverbindern, bei denen neben der Verbiegung der Pins auch deren Höhe zu ermitteln ist, die Verifikation geprägter oder gestanzter Schriften sowie die Volumenbestimmung des Lötzinns an ausgewählten Lötstellen.
Zur Abdeckung dieser Prüfaufgaben wurde das Testsystem um ein weiteres Modul mit der Möglichkeit zur Erfassung der dritten Dimension ergänzt. TOM-3D basiert auf einem speziellen Kameramodul, welches in Zusammenhang mit Laserkomponenten die Topographie einer Oberfläche erfassen kann. Der modulare Systemaufbau ermöglicht die Konfiguration des Prüfsystems entsprechend der geforderten Auflösung in X-,Y- und Z-Richtung, sowie unter Berücksichtigung der notwendigen Inspektionsgeschwindigkeit. Als Resultat steht nach dem Scan-Vorgang ein Bild zur Verfügung, in welchem den aufgenommenen Objekten neben der Position auch eine exakte Höheninformation zugeordnet werden kann. Zur Definition von Prüfaufgaben können nun neben den einzelnen Parametern für die Objektanwesenheit und -position auch Grenzen für Höhenwerte bzw. Konturformen vorgegeben werden. Am Beispiel des dargestellten Steckverbinders kann somit durch einen einzelnen Scan-Vorgang nicht nur die Lage der Pins sondern auch die jeweilige Höhe ermittelt werden (Bild 1).
Entscheidende Vorteile bringt der Einsatz dieses Systems bei der Prüfung kritischer Lötstellen, welche z. B. im Selektivlötverfahren hergestellt wurden. Da aufgrund des Fertigungsprinzips nicht von einem einheitlichen, definierten Aussehen der Lötverbindungen ausgegangen werden kann, ist eine Qualitätsbeurteilung hierbei nur über eine direkte Volumenbewertung und -formbestimmung möglich. Ein Applikationsbeispiel ist dazu im Bild 2 dargestellt.
Das System TOM-3D ist als In-Line und Stand-alone System konfigurierbar. Für den Einsatz als manueller Prüfplatz besteht das System aus einem Tischgerät, bei welchem die Zuführung des Prüflings nach manueller Einlage automatisch erfolgt (Bild 3).
Die Ausgabe der Prüfergebnisse geschieht über den systeminternen Monitor unter Angabe der lokalen Fehlerposition innerhalb des Prüflings. Je nach geforderten Auflösungen kann der gesamte Prüfvorgang inkl. Zuführung innerhalb weniger Sekunden erfolgen. Für die Integration in eine Fertigungslinie kann TOM-3D direkt über dem jeweiligen Transportmodul montiert werden. Zur Kommunikation mit externen Steuereinheiten bzw. übergeordneten Rechnersystemen stehen umfangreiche Schnittstellen wie z.B. potenzialfreie Ein- / Ausgänge, RS 232 oder LAN-Verbindungen zur Verfügung.
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