Jeder AOI-Systemhersteller ist bisher den Weg des technischen Beherrschbaren gegangen – einfache Kameralösungen wurden mit nötigen Testalgorithmen versehen und die Geschwindigkeit hing von je her von der Entwicklungen im PC-Bereich ab. Doch die Wünsche der Anwender gingen dem Machbaren oft voraus.
So kame s, dass die Technik auch immer umfangreicher und komplizierter wurde. Die Kameratechnik hat sich kontinuierlich weiter entwickelt. Hochkomplizierte Beleuchtungen ermöglichten eine mehr oder weniger optimierte Ausleuchtung und zwangsläufig mussten nun auch die Algorithmen dieser Vielfalt entsprechend angepasst werden – nicht ganz einfach, wenn man an Systeme mit 5, manchmal sogar bis zu 20 Kameras denkt.
Die AOI-Systeme sind damit leistungsfähiger, aber auch komplizierter geworden. Für große Stückzahlen oder hohe Komplexität haben größere Unternehmen die Möglichkeit, Fachkräfte ausnahmslos zur Programmerstellung abzustellen. Einige leisten sich sogar eine eigene Abteilung, die nur mehr Modelle für ihre Fertigungen erstellen. Kleine und mittelständische Firmen scheuen daher zum Teil noch heute den Schritt zur Implementierung von AOI-Geräten und den großen Firmen sind trotz ihrer Struktur Aufwand und Kosten ein Dorn im Auge.
3-CCD-Kamera plus Farbbeleuchtung
Doch es geht auch anders. Wenn Beleuchtung und Bildaufnahme unveränderbare Bestandteile eines AOI-Systems sind, können maßgebende Fehlerquellen ausgeschlossen werden. Eine konstant gleichbleibende Beleuchtung sichert reproduzierbare Bilder zur Auswertung. Dem Reparaturpersonal werden ebenfalls Bilder in höchst brauchbarer Qualität zur Verfügung gestellt. Statt x-beliebige Aufnahmen aus allen möglichen Richtungen zu erstellen, definiert man vorgegebene Farben aus kalibrierten Einfallswinkeln. Wenn nunmehr die Kamera diese Reflektionen noch in Farbbereiche getrennt erkennen und gleichzeitig verarbeiten kann – z. B. mit einer 3-CCD-Farbkamera – muss bei der Programmerstellung keine Kamera mehr zusätzlich „optimiert“ werden und auch am Licht gibt es nichts mehr zu verändern.
Entsprechend einfach wird dann auch eine dreidimensionale Nachstellung. Auch echte Messungen sind möglich, weil die Ausgangsbasis immer die gleiche bleibt.
Die Software machts
Damit den umfangreichen Informationsanforderungen aus der Produktion entsprochen werden kann, braucht es dazu auch noch eine intelligente Software, die dies übernimmt. Weil hier keine Bilder mehr „geknipst“ und verglichen werden, sondern Toleranzen eindeutig definierbar sind, die auf ebenso eindeutigen Bildaufnahmen beruhen, ist es auch egal, wo ich meine Prüfprogramm erstelle. Alle Daten können auf externe Programmierstationen übertragen werden und als Basis für Programmverbesserungen auf der einen, das Finetuning des Fertigungsprozesses auf der anderen Seite genutzt werden.
Die dazu nötigen Bilddaten können in wenigen Minuten am AOI-Gerät erzeugt und auf einem separaten Arbeitsplatz bearbeitet werden. Die Rückführung auf beliebige Systeme ist damit ebenfalls problemlos und kompatibel zu allen System, die auf der gleichen Basis arbeiten.
Schnell zum Prüfprogramm
Wenn z. B. die Größe der Lotpads bekannt ist und man bekannten Normen (IPC) folgt, ist eine ideale Lötstelle mit entsprechenden Software-Algorithmen einfach zu inspizieren – ja sogar zu vermessen.
Zugegeben: Das funktioniert nur, wenn beim Layout auf die Anforderungen dieser Norm geachtet wurde und die Regeln der Testability eingehalten werden. Abschattungen, vollständige Abdeckungen aber auch verschiedenen Interpretationen von Qualitätsmaßstäben, verlangen weitere Einstellungsmöglichkeiten im überschaubaren und sinnvollen Rahmen.
Wichtig ist: Die Qualität eines Prüfprogramms hängt nicht mehr nur von der Kunst des Programmierers ab, sondern von den vom Anwender angepassten Bibliotheken. Und die sind bereits soweit vorbereitet, dass man selbst nur noch bestimmen muss, was als gute Qualität verkauft werden soll. Diese Einstellungen können später auch nochmals verwendet oder verändert werden, um z. B. bestimmte Prozesse zu optimieren. Entsprechende Messmöglichkeiten, die dies bewerten und verwertbare Analysen mitschreiben sind vorhanden, werden aber leider immer noch nur selten gezielt eingesetzt.
Fazit
Es geht in diesem Beitrag nicht darum, technische Errungenschaften zu negieren – winklige Kameraeinstellungen waren in der Vergangenheit oft unumgänglich und einstellbare Leuchtquellen halfen oft zu besseren Ergebnissen. Einen abgehoben Pin kann man leicht auch mit Algorithmen finden, ohne „zur Sicherheit“ auch noch einmal von der Seite zu schauen.
Selbst Anwender von Geräten, die über alle diese Möglichkeiten verfügen, versuchen den Programmieraufwand zu vereinfachen und streben danach, möglichst alles aus einer Topansicht zu bewerkstelligen. Restlicht kann verstärkt werden und damit sind selbst Analysen in Bauteilschluchten möglich. Und wenn eine farbliche Auswertung in den Algorithmen verankert worden ist, ist die Reflektion bei entsprechenden Bauteilen und vor allem bei den Lötstellen erkannt und man braucht die Software dann auch nur noch danach suchen zu lassen.
Die Mitarbeiter von Atecare haben verschiedene AOI-Technologien über 15 Jahre begleitet und können auf entsprechende Erfahrungen zurückgreifen. Die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten mit anderen Testtechnologien (ICT, FKT, Boundary Scan, SPI, Röntgen und AXI) können und sollten sinnvoll miteinander angewendet werden und genau hier unterscheiden sich alle Anwender maßgeblich auf Grund ihrer Produkte, Möglichkeiten und den Anforderungen ihrer Endkunden.
Die Color-Highlight-Technologie
Fest definierte 3-CCD-Farbkamera-Einstellungen in Kombination mit einer konstanten, winklig angeordneten RGB Beleuchtung bilden die Ausgangsbasis für die hochgenaue und reproduzierbare Inspektion von elektronischen Baugruppen, insbesondere von Lötstellen. Nur mit so einer 3-CCD-Kamera können die Farben dann auch einzeln angezeigt und ausgewertet werden.
Auf Grund seiner Struktur und auf der Basis der Zusammensetzung, reflektiert Lot einfallendes Licht sehr gut. Flache Oberflächen reflektieren im selben Winkel, wie das Licht einfällt. Aus genau definierten Einfallswinkeln wird eine ringförmig installierte RGB-Beleuchtung zugeschaltet.
Durch die nahezu senkrechte Anbringung der roten Lichtquelle (Bild 3), wird dieses Licht zumeist von flachen oder ebenen Lötstellen reflektiert. Das blaue Licht hat eine seitliche Einstrahlung und Grün befindet sich mittig davon. Somit sind entsprechende 3-dimensionale Nachbildungen und auf Grund der vorherigen Definition der Lichteintrittswinkel, auch Messungen des Lots möglich (Bild 4).
Mittels Color Highlight-Technologie wird anschließend aus 2-dimensionalen Aufnahmen ein 3-dimensionales Gebilde, indem eine rechentechnische Nachbildung und Vermessung erfolgt. Kombiniert man nun diese Ergebnisse mit entsprechenden Software-Algorithmen bekannter Lotstrukturen, sind vorgefertigte Lötstellen-Inspektionen leicht automatisierbar und liefern nachvollziehbare Ergebnisse.
Die definierte Kamera- und Beleuchtungsstruktur verhindert äußere Einflüsse auf das Testergebnis. Die geforderte Flexibilität der Testerstellung wird daher über die Software-Algorithmen eingebracht.
Olaf Römer
(hb)
