» TEST & QUALITÄTSSICHERUNG Vision-Systeme: Optische Qualitätsprüfung in Bestückautomaten Qualität, Ertrag und Effizienz im Blick Erst wenn hochpräzise Positioniermechanik und ebenso exakte Vermessung zusammentreffen, entstehen Produkte mit herausragender Qualität. Vision-Systeme in Bestückautomaten haben sich von der einfachen Umrisserfassung zum Smart-Process-Control-System weiterentwickelt, das Fehler sehr früh im Produktionsprozess erkennt und damit teuren Ausschuss vermeidet. Bild: ASMPT CP20 Bestückkopf: Die Bauteile auf den Pipetten werden an der Erfassungseinheit im Vordergrund verbeigeführt: Eine hochauflösende Kamera mit individueller Beleuchtung nimmt von jeder Komponente ein eigenes Bild auf und erkennt nicht verarbeitungsfähige Elemente Modernes SMT-Fertigungsequipment, wie beispielsweise die Siplace Bestückautomaten von ASMPT, zeichnen sich durch höchste Präzision und Prozessstabilität aus. Hochgenau gefertigte Positioniersysteme und schlupffreie Off-belt-Antriebe mit Linearmotoren stellen sicher, dass jedes noch so kleine und noch so komplex aufgebaute Bauteil exakt an der vordefinierten Stelle landet. Doch die beste Mechanik stößt an ihre Grenzen, wenn die Ausgangbedingungen nicht optimal sind – was in der Praxis durchaus der Fall sein kann: Bauteile sind verbogen oder haben Risse, Lotpastendepots sind fehlerhaft oder es befinden sich Fremdkörper auf der zu bestückenden Platine. Eine „blinde“ Maschine kann solche Probleme nicht erkennen. Sie geht weiterhin von optimalen Ausgangsbedingungen aus – und produziert Ausschuss. Ebenso relevant wie die Mechanik sind daher optische Systeme für Produktionsqualität und -ertrag, die den Ist-Zustand von Boards und Komponenten vor, während und nach der Bestückung erfassen. „Ohne Weltklasse-Vision-Systeme kein Weltklasse-Equipment, um auch kleinste Platinen ebenso fehlerfrei wie effizient herstellen zu können“, betont Jérôme Rousval, Solutions Marketing Manager ASMPT, dem weltweit führenden Anbieter von Hard- und Software für die SMT- Fertigung. 2D-Inspektion: ein Bild für jedes Bauteil „Die Bauteilkontrolle hat sich in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt“, weiß Rousval. „Wir können heute weitaus mehr erfassen als nur Umrisse.“ Dazu wird in den Bestückautomaten jedes Bauteil an einer Kamera vorbeigeführt. Das Besondere: Für jede einzelne Komponente wird ein separates Bild aufgenommen. Die Beleuchtung kann dabei individuell konfiguriert werden. So wird nicht nur geprüft, ob ein Bauteil face down oder zu stark verkippt am Bestückkopf hängt, oder ob der Pin 1 an der falschen Stelle zu liegen kommt. Das hochauflösende System ermöglicht zudem eine Crack Detection für DIEs: Hier werden definierte Risse oder Beschädigungen in Chips registriert, fehlerhafte Exemplare abgeworfen und damit teurer Ausschuss vermieden. Die Bilder der aussortierten Komponenten lassen sich für die spätere Analyse abspeichern. Vor der Aufnahme der Bauteile wird außerdem ein Offset der Pipettenspitze zur Bauteilmitte erfasst, so dass der Unterschied bei der Bestückung automatisch kompensiert werden kann. Liegt die Abweichung außerhalb der programmierten Toleranz, wird das Bauteil abgeworfen. 3D-Inspektion: wichtig für OSCs Noch mehr Aufwand betreibt das Unternehmen bei der Inspektion von Odd Shaped Components (OSCs), die meist auch noch THT-montiert werden müssen. Bereits ein fehlender oder leicht verbogener Anschlussdraht führt dabei zu einer Fehlbestückung oder späteren Funktionsstörung – und damit im schlimmsten Fall zu einem unbrauchbaren Board. Schon die Dimensionen von OSCs sind eine Herausforderung für die Vision-Systeme in Bestückautomaten. Oft können die Bauteile nicht mit einer einzigen Aufnahme erfasst werden. Hinzu kommen bei OSCs und THT-Bauteilen ungünstige optische Eigenschaften an den Spitzen der Pins oder Reflexionen, die eine genaue Ver- Farbcodierte Darstellung bei einer Lotpasteninspektion in einem Bestückautomaten: Die Höheninformation wird aus vier einzelnen 2D-Aufnahmen errechnet Bild: ASMPT 62 EPP » 11 | 2022
TEST & QUALITÄTSSICHERUNG « messung mit herkömmlich verwendeten 2D-Aufnahmen schwierig bis unmöglich machen. Darüber hinaus ist es für reine 2D-Systeme oft schwer zu unterscheiden, ob Pins tatsächlich verbogen sind, denn ein zur Kamera hin oder von der Kamera weg verbogenes Beinchen kann oft nicht erkannt werden, weil es sich wie ein nicht verbogenes Beinchen ‚abbildet‘. Wo 2D-Verfahren für eine exakte Prüfung der Bauteile nicht ausreichen, werden in Systemen des Unternehmens 3D-Aufnahmen erstellt. Das Verfahren ist der Funktion des menschlichen Auges nachempfunden: Ähnlich wie beim binokularen Sehen, werden im Vision-System zwei versetzt aufgenommene 2D-Bilder mit speziell für diese Aufgabe optimierten Algorithmen zu einem 3D-Bild zusammengefügt, das dann mit dem vorprogrammierten Soll-Zustand verglichen werden kann. So wird eine sehr flexible und hocheffiziente optische Inspektion selbst komplexer Bauteile möglich. Der Clou dabei: Bild: ASMPT Optische Kontrollverfahren im Vergleich: Herkömmliche 2D-Abbildungen (links) liefern nur wenig Detailinformationen – Systeme von ASMPT erlauben die Ableitung von Höheninformationen (rechts) Bei ASMPT macht eine einzige Kamera beide Bilder, dabei wird das Bauteil zwischen den beiden Bildaufnahmen bewegt. Dieses Verfahren spart Platz und Kosten. Um die Präzision der optischen Kontrolle und damit die Prozesssicherheit noch weiter zu erhöhen, können, je nach installiertem Kamerasystem, bis zu sechs verschiedene Beleuchtungslevel für die Aufnahmen eingesetzt werden. Dabei übernimmt eine automatische Beleuchtungsoptimierung die Kameraeinstellung. Denn die einfache Bedienung der GUI ist die Zielsetzung bei der Entwicklung des Siplace Vision-Systems. Dies bedeutet im konkreten Fall, dass jeder Level in einzelnen Stufen von 0 bis 255 justierbar ist. Damit stehen Billionen von Belichtungsvarianten Bild: ASMPT EPP » 11 | 2022 63
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