Effektive Inspektion für Kleinserien ab Losgröße 1

Kleine Fertigungslose stellen EMS-Anbieter vor ähnliche Herausforderungen wie mittlere und große Serien, da die Arbeiten im Vorfeld der Produktion nahezu identisch sind. Viel Zeit fließt in die Aufbereitung der Daten, die Fertigungsvorbereitung sowie in die Programmierung und Einrichtung der Produktionsmaschinen. Bezogen auf eine einzelne Platine ist die investierte Zeit bei Kleinserien deutlich größer als bei großen Serien.

Blick auf eine der Fertigungslinien bei Proserv Electronic. Lebert

AOI-Kosten zu hoch

Betrachtet man davon ausgehend die optische Inspektion von Kleinserien, ist das Verhältnis noch schlechter. Obwohl die AOI ja die optische Inspektion automatisieren soll, ist dies für erstmalige Kleinserien nicht möglich. Denn zur korrekten Parametrisierung des AOI-Programms sind häufig alle Leiterplatinen der Kleinserie nötig. Während dieser gesamten Zeit müssen zudem gut geschulte Bediener die unvermeidbaren Pseudofehler beheben und als Programmverbesserung einpflegen. Bei diesem Vorgehen wird keine der Platinen wirklich automatisch geprüft. Zusätzlich zum hohen Personal- und Zeitaufwand während der Inspektion ist auch die Programmerstellung an sich zeitaufwendig. Rechnet man den Gesamtaufwand auf eine einzelne Leiterplatine um, so sind die Kosten der automatischen Überprüfung einer Kleinserie sehr hoch und Auftraggeber häufig nicht bereit diese Kosten zu tragen.

Deshalb wird häufig noch rein manuell inspiziert – kein besonders sicheres Verfahren. Der Inspektionsablauf ist nicht nachvollziehbar, eine Dokumentation der vollständigen Prüfung gibt es nicht. Das Prüfpersonal muss hochkonzentriert sein und ermüdet dementsprechend schnell. Damit bietet dieses Verfahren natürlich auch Auftraggebern wenig Sicherheit.

Inspektionssystem für Kleinserien

EMS-Anbieter Proserv Electronic war auf der Suche nach einem passenden System für die optische Inspektion von Kleinserien, da die vorhandene AOI die gestellten Anforderungen nicht erfüllen konnte. Ziel war es, ein Verfahren für die optische Inspektion von Kleinserien zu finden, das schnell und einfach abläuft und dabei als Alternative zur AOI eine gewisse Automatik bietet. Die Wahl des Fertigungsdienstleisters fiel auf das EFA-Inspection-System der Lebert Software Engineering.

Bild 1: Augmented Reality Inspection in Kombination mit Sachnummernansicht. Alle Bauteile der gleichen Sachnummer lassen sich zusammen anzeigen und bewerten. Lebert

Die Programmierung erfolgt in EFA Inspection schnell und einfach – im Durchschnitt genügen fünf Minuten. Dabei lassen sich alle relevanten Daten wie Pick-und-Place-Liste, BoM und Bestückplan, aber auch Fertigungshinweise oder Zusatzinformationen je Bauteil integrieren. All diese Informationen stehen während der Inspektion zielgerichtet zur Verfügung. Über die Augmented-Reality-Funktion lassen sich die Informationen zum Bild der Platine am gerade relevanten Bauteil einblenden.

Vielfältige Inspektionsabläufe und Darstellungsweisen decken unterschiedliche Prüfaufgaben ab. So lassen sich beispielsweise in der Inspektion nach Sachnummern alle Bauteile der gleichen Sachnummer zusammen anzeigen und bewerten (Bild 1). Dabei sind die Bildausschnitte der Bauteile entsprechend des hinterlegten Drehwinkels auf null Grad zurückgedreht. Für Prüfer bedeutet dies, dass alle Bauelemente einer Sachnummer gleich dargestellt sind. Diese Flexibilität war ein wichtiger Faktor bei der Entscheidung für das System.

Inspizieren in drei Minuten

Auch eine Inspektion mithilfe der Golden-Board-Funktion ist möglich. Diese Funktion zeigt die Bilder eines guten Boards und eines Prüflings im Wechsel an. Dabei erfolgt die Ausrichtung der beiden Bilder über Fiducials und ist äußerst stabil. Die Inspektionsausschnitte lassen sich individuell einrichten und jeder Platine anpassen.

Für die Kleinserienprüfung kann das Inspektionsvorgehen fest vorgegeben werden, sodass Bediener keine Einrichtung mehr vornehmen müssen. Das nächste erstellte Bild wird automatisch geladen und zur Inspektion angezeigt. Der Ablauf ist damit geführt, wiederholbar und dokumentiert. Zusätzlich unterstützt die Anzeige der Augmented Reality Mitarbeiter bei der Inspektionsentscheidung. Alle relevanten Informationen stehen auf einen Blick zur Verfügung. Die durchschnittliche Inspektionszeit beträgt drei Minuten für eine Leiterplatte mit etwa 500 Bauteilen.

Bei einer Losgröße von 20 Platinen summiert sich der Gesamtaufwand inklusive Programmierung auf etwa 65 Minuten. Im Vergleich dazu liegt allein die Einrichtungszeit der AOI für das Beispielboard bereits bei etwa 120 Minuten – ohne Berücksichtigung der Pseudofehler (Bild 2).

Bild 2: Vergleich der Inspektionszeiten von ARI und AOI. Besonders deutlich wird die Zeitersparnis bei der Einrichtungszeit. Lebert

Inline-Funktion ohne Handlingsaufwand

Grundlage des Systems ist ein hochauflösendes Bild der Platine. Dessen Erstellung ist beim EFA-Desktop-Gerät mit einem gewissen Handlingsaufwand für das Einlegen und Aufnehmen der Platinen verbunden. Im dauerhaften Einsatz fällt das durchaus ins Gewicht.

Alternativ gibt es deshalb ein EFA-Inline-Gerät (Bild3), das ausgestattet mit einem Be- und Entlader die Aufnahmen automatisch erstellt. Nach dem Einsetzen eines Magazins mit Platinen lässt sich am Gerät das richtige Aufnahmeprofil auswählen. Die Spurbreite stellt sich aus dem Profil heraus automatisch ein. Dann startet der automatische Aufnahmeprozess für das Magazin. Nach Bilderstellung sortiert das Gerät die Platinen wieder in das Magazin ein. Diese Inspektionsinsel mit Inline-Funktionen eignet sich für viele Anwendungen, auch Aufnahmen THT-bestückter Boards sind möglich.

Anschließend werden die vollständigen Bilder an Inspektionsplätze übertragen, die sogar parallel inspizieren können, und automatisch in ein geöffnetes EFA-Projekt geladen. Bediener konzentrieren sich ausschließlich auf die Beurteilung der angezeigten Bildausschnitte. Bei Proserv Electronic inspiziert das System Losgrößen von 0 bis 1000.

Smarte Lösung für die Arbeitsvorbereitung

Aufgrund der Flexibilität und Ausbaufähigkeit des Systems setzt Proserv auch bei der Datenaufbereitung für die Maschinen auf die EFA Smart Suite. Dabei liest EFA die unterschiedlichen Formate der Kundendaten ein und wandelt die Daten in ein Standardformat für die eigene Fertigung um. Das spart viel Zeit, denn die erneute Datenaufbereitung in der Produktion ist nicht mehr erforderlich.

Bild 3: Intelligente Inline-Lösung bei Proserv, mit EFA-Picture-Touch-HR-Inline-Gerät inkl. Be- und Entlader. Lebert

Insgesamt hat Proserv Electronic durch den Einsatz von EFA Inspection, Inline und Smart Suite jede Menge Zeit gespart, was sich unmittelbar auf die Qualität der Produkte ausgewirkt hat. Dementsprechend plant das Unternehmen eine weitere Integration der Smart Suite, nämlich die Anbindung an das ERP-System. Dann lassen sich mit den Fuzzy-Search-Algorithmen direkt aus der eingelesenen Kundenstückliste heraus die richtigen Sachnummern finden. Die Smart Suite interpretiert dabei die einzelnen Werte, sodass Schreibweise, Größeneinheit oder Reihenfolge in der Auflistung der Bauteilbeschreibung keine Rolle spielen.

Productronica 2017: Halle A2, Stand 131

(mou)