Automatische optische Inspektion von Elektronikkomponenten auf der Basis des NI Compact Vision Systems

Author(s):
Jörg Schambach - GÖPEL electronic GmbH

Industry:
Automotive

Products:
Compact Vision Systems

The Challenge:
Realisierung einer automatischen optischen Kontrolle von Elektronikkomponenten auf Kontaktverbiegung und Anwesenheit der Kontakteinhausung. Das optische System ist in eine bereits vorhandene Prüfanlage für elektrische Tests zu integrieren.

The Solution:
Die modulare Plattform von NI Machine Vision Hard- und Softwarekomponenten bietet hervorragende Möglichkeiten, an die jeweiligen Aufgabenstellungen optimal angepasste und zuverlässige Lösungen sehr effizient zu entwickeln. Die Kunden der GÖPEL electronic GmbH profitieren von dieser effektiven Bearbeitung ihrer Aufträge insbesondere auf Grund der kurzen Realisierungszeiträume und der kostengünstigen Lösungen.

Prüfsystem

Das Kerngeschäft der GÖPEL electronic GmbH besteht aus der Entwicklung und Fertigung innovativer Lösungen für die Qualitätssicherung in den verschiedensten Bereichen der Elektronik- und Automobilindustrie. Alle Testsysteme zeichnen sich dabei durch eine hohe Flexibilität der Hard- und Software gegenüber wechselnden Prüfaufgaben aus. Die hier dargestellte Aufgabe einer automatischen optischen Inspektion (AOI) von Elektronikkomponenten ergab sich aus der Kundenanforderung, ein zuvor von GÖPEL electronic realisiertes Testsystem um diese Funktionalität zu erweitern. Bisher deckte das Prüfsystem eine Reihe von elektrischen Tests, die von Bauelementeprüfungen über Lastsimulationen bis zu Über- und Unterspannungstests reichen, ab.

Anforderungen

Im Zuge der Erweiterung des Testsystems auf die Möglichkeit zur Prüfung eines weiteren Baugruppentyps sollte die Qualität der ausgelieferten Elektroniken durch die optische Erfassung und Bewertung von Produktmerkmalen gesteigert werden. Im Einzelnen wurden folgende Aufgaben formuliert:

1. optische Kontrolle elektronischer Kontakte auf Verbiegung,
2. optische Kontrolle des Vorhandenseins einer Kontakteinhausung,
3. optische Kontrolle der ausgewählten Elektroniktypen,
4. Lesen eines Data Matrix Codes.

Neben der schon erwähnten Verbesserung der Qualität, sollte durch die zusätzliche Kontrolle der tatsächlich ausgewählten Elektroniktypen und das Lesen des Data Matrix Codes die Prozessstabilität gesteigert werden.

Herausforderung

Die zunächst einfach erscheinenden Prüfaufgaben stellten sich bei der konkreten Konzeption des Inspektionssystems als zum Teil schwierig zu lösende Anforderungen dar. Die Nachrüstung eines optischen Inspektionssystems mit Kamera, Beleuchtung und Bildverarbeitungs-Computer in den bereits bestehenden Funktionstester wurde maßgeblich durch die räumlichen Gegebenheiten erschwert. Voraussetzung für die Realisierung der zusätzlichen AOI-Station war, die Außenmaße des Testers nicht zu verändern. Diese Bedingung ließ nur die Installation einer einzigen Kamera direkt über dem Prüfling zu (Abb. 1.). Der relevante Ausschnitt der entsprechenden Kamera-Ansicht ist in Abb. 2. (a) zu sehen. Während für die Prüfaufgaben 2 bis 4 diese Kameraansicht optimale Auswertemöglichkeiten bietet, ist die Verbiegung der Kontakte in z-Richtung (in die Ebene hinein) nicht unmittelbar zu bestimmen. Um die Messung der Kontakthöhen dennoch zu realisieren, wurde das so genannte Triangulationsverfahren (Abb. 2. (b)) eingesetzt. Eine Laserdiode projiziert dazu eine Linie unter einem definierten Winkel auf die Prüflinge. Die Laserlinie ist dabei so ausgerichtet, dass sowohl die zu untersuchenden Kontakte als auch die Platine der Elektronik angestrahlt werden. Die auf den Oberflächen hervorgerufenen Streureflexe werden von der CCD-Kamera erfasst (Abb. 2. (c)) und ausgewertet. Ist der Einfallswinkel des Laserlichtes bekannt, lässt sich aus dem seitlichen Abstand der Streureflexe auf die Höhe der Kontakte schließen.

Realisierung

Nicht nur im Bereich der optischen Prüfstation, sondern im gesamten Funktionstester, musste die realisierte Lösung den eingeschränkten Platzverhältnissen Rechnung tragen. Als leistungsfähiger Bildverarbeitungs-Computer wurde daher ein "NI Compact Vision System" eingesetzt. Dieses System zeichnet sich neben dem kompakten und robusten Aufbau durch eine Vielzahl von Schnittstellen, die vom IEEE 1394 Interface zur Bildererfassung über verschiedene digitale Ein- und Ausgänge bis zu Ports für die Kommunikation über Ethernet und RS232 reichen, aus. Auf Grund der genannten Eigenschaften bietet das "NI Compact Vision System" beste Voraussetzungen, flexible und der jeweiligen Aufgabe angepasste Lösungen insbesondere im industriellen Umfeld zu realisieren.
Zur Erstellung der Prüfsequenzen wurde auf die konfigurierbare Vision-Software "NI Vision Builder for Automated Inspection" zurückgegriffen (Abb. 3.). Dadurch konnte eine effiziente Erstellung des Prüfablaufes, der die oben genannten Prüfpunkte, die Steuerung der Beleuchtung und der Laserdiode sowie die Kommunikation mit dem Steuer-PC des Funktionstesters beinhaltet, gewährleistet werden.

Zusammenfassung

Die installierte optische Prüfstation ist in der Lage, die vom Auftraggeber spezifizierten Anforderungen zuverlässig zu erfüllen. Dadurch wird einerseits die Qualität der ausgelieferten Elektroniken in einem erweiterten Umfang sichergestellt und andererseits die Prozessstabilität gesteigert. Mit Hilfe des realisierten Inspektionssystems ist es daher gelungen, die Produktionskosten bei steigender Qualität zu optimieren. Voraussetzung für die effiziente Bearbeitung des Auftrages stellte dabei der Einsatz von NI Machine Vision Hard- und Softwarekomponenten dar. Gekoppelt mit der langjährigen Erfahrung der Entwicklungs- und Applikationsingenieure der GÖPEL electronic GmbH auf dem Gebiet der Bildverarbeitung und Prozessautomatisierung konnte so in kurzer Zeit ein optimal angepasstes System realisiert werden.

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Jörg Schambach
GÖPEL electronic GmbH
Jena

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