Neue Inspektionssoftware für die aktuelle 3D-Sensor-Generation

Um hochgenaue 3D-Messungen zu erzielen, ist ein perfekt abgestimmtes Zusammenspiel aus Hardware und Software erforderlich. Sensorspezialist Micro-Epsilon hat dies bei der Entwicklung der neuen 3D-Sensor-Generation berücksichtigt und setzt daher nicht nur auf eine leistungsstarke Hardware, sondern liefert auch die perfekt abgestimmte Software 3DInspect dazu. So können alle 3D-Sensoren mit der einheitlichen Software betrieben werden. Die Software ist mit den Sensoren Surfacecontrol zur Geometrie-, Form- und Oberflächenprüfung von matten Objekten, Reflectcontrol zur Vermessung und Inspektion von spiegelnden Oberflächen sowie 3D-Laserscannern zur präzisen Inline-3D-Messung kompatibel. Die Software ermöglicht echte 3D-Auswertungen und somit nicht nur 2.5D wie bei herkömmlicher Software. Das bedeutet, dass jeder x-y-Koordinate mehrere z-Koordinaten zur Verfügung stehen. Zudem stammen Sensoren und Software aus einer Hand, wodurch nur noch ein Ansprechpartner für die Lösung komplexer Messaufgaben notwendig wird.

Die Software ist auf Bedienerfreundlichkeit ausgelegt und lässt sich intuitiv steuern. Sie ermöglicht das Parametrieren der Sensoren, aber auch das Erfassen der Messdaten. Die Werkzeugpalette ist vielseitig und reicht von der Ausrichtung der Punktewolken über die Auswahl der relevanten Objekte bis hin zu Filtern zur Glättung und Optimierung der Punktewolke. Auch Berechnungsprogramme für Abstand, Höhe, Winkel und Radius sind bereits integriert. Die ermittelten Daten lassen sich auf einfache Weise an die SPS ausgeben, können aber auch beliebig weiterverarbeitet werden. Neben der Standard-Version wird die Funktionserweiterung Automation für automatisierte Produktionsprozesse angeboten. Über verständliche Video-Tutorials können sich die User leicht mit Anwendung und Möglichkeiten vertraut machen. Zudem wird die Software permanent weiterentwickelt, ist somit immer auf dem neuesten Stand und bietet bei jedem Versionsupdate weitere nützliche Funktionen. Wenn Anwender eine alternative Bildverarbeitungslösung verwenden oder selbst entwickeln möchten, steht ein umfangreiches SDK zur Verfügung. Dieses basiert auf den Industriestandards GigE Vision und GenIcam inklusive zahlreicher Funktionsblöcke. Eine C/ C++/ C# Bibliothek mit zahlreichen Beispielprogrammen und Dokumentationen unterstützt bei der Softwareentwicklung.

Umfangreiche Feature

Die Messprogramme der Software lassen sich in drei Gruppen einteilen. Das Feature Datenverarbeitung, das die Programme zur Selektion, Filterung, Transformation und Ausrichtung von Punktewolken unterliegen. Hier sind unter anderem Korrekturen der Einbaulage, Punktauswahl, die Ausrichtung anhand von Quadern, Ebenen, Linien oder Punkten möglich. Aber auch Mittelwert-, Median-, Tiefpass-, Hochpass- und Erosionsfilter zählen dazu. In der Gruppe Objekte finden sich Programme zur Passung von geometrischen Objekten enthalten. Hier können beispielsweise Schwerpunkte oder Extrempunkte in der 3D-Punktewolke berechnet werden. Auch Passungen von Objekten, wie Kugeln oder Zylindern in die Punktewolke sind möglich, um diese weiter auszuwerten.

Unter Objekte kombinieren sich Programme, die zuvor gefundene Objekte miteinander in Bezug setzen. Diesem Vorgang liegen verschiedene Berechnungen wie beispielsweise Abstand, Winkel oder Mittelpunkt zwischen zwei Objekten zugrunde. Im Feature Messwertausgabe können die Messergebnisse noch mathematisch kombiniert und verrechnet werden und es stehen detaillierte Optionen zur Signalausgabe zur Verfügung. Die Ausgabe erfolgt mit hoher Kompatibilität über UDP, TCP, Modbus, wobei 3DInspect als jeweiliger Server funktioniert. Mithilfe von Zusatzmodulen ist auch eine Steuerung und Messwertübertragung über Profinet und Ethernet/IP möglich.

Das umfangreiche 3D-Software-Paket ist unter anderem mit den Sensoren der Reihe Surfacecontrol kompatibel. Sie sind zur schnellen 3D-Vermessung und Inspektion diffus reflektierender Oberflächen wie Metall, Kunststoff oder Keramik im Einsatz. Der Sensor nutzt Streifenlichtprojektion, mit der sich diffus reflektierende Objekte erfassen lassen und errechnet aus den aufgezeichneten Daten eine hochgenaue 3D-Punktewolke. Anhand der Punktewolke ist es möglich Geometrien und kleinste Defekte zu erkennen. Auch kleinste Strukturen auf Bauteilen sowie Formabweichungen werden sichtbar. Es stehen Sensoren mit unterschiedlichen Messflächen und Leistungsdaten zur Verfügung. Dank der schmalen Bauform kann der Sensor auch in beengte Bauräume integriert werden. Die Besonderheit der Surfacecontrol-Systeme liegt im Zusammenspiel aus automatischer Oberflächeninspektion, höchster Präzision ab 0,4 µm sowie schneller und äußerst zuverlässiger Erkennung verschiedenster Objekt- und Oberflächengeometrien.

In Elektrogeräten wie Sensoren, Smartphones oder Computern sind Leiterplatten integriert. Unbestückte Leiterplattensubstrate dienen als Grundelemente für Leiterplatten. Wegen der hohen Qualitätsanforderungen, die bei der Substratherstellung gelten, ist eine 100 % Kontrolle durch hochgenau messende Sensoren notwendig. Entspricht beispielsweise die Ebenheit des Substrats nicht den Vorgaben, so lassen sich Baugruppen bei der Bestückung nicht exakt aufbringen. Für High-End-Substrate aus Keramik gelten höchste Messgenauigkeitsanforderungen von bis zu 2 µm. Der 3D-Snapshot-Sensor Surfacecontrol 3D 3500 misst direkt in der Produktionslinie auf die matte Oberfläche der Substrate. Die aufgenommenen Messwerte werden im Sensor verrechnet und über die integrierte Gigabit Ethernet Schnittstelle an einen externen PC ausgegeben. Eine Weiterverarbeitung, Beurteilung und Protokollierung der 3D-Daten ist mit der Software 3DInspect möglich. Werden Defekte an den Substraten erkannt, erfolgt über die Steuereinheit eine vollautomatische Aussortierung des Schlechtteils. Mit dem Sensor ist eine vollautomatisierte Prüfung ohne manuelles Eingreifen möglich. Der Sensor liefert auf matten Objekten beste Messergebnisse mit einer Wiederholpräzision von bis zu 0,4 µm. Eine Messung mit anschließender Berechnung und Auswertung erfolgt innerhalb von nur 1,5 Sekunden.

3D-Vermessung in der Halbleiterindustrie

Für 3D-Messungen auf spiegelnden und glänzenden Oberflächen wurde der Reflectcontrol Sensor konzipiert. Der Sensor kann für mikrometergenaue Messungen stationär zur Überwachung der Fertigungslinie oder für die Inline-Inspektion beispielsweise am Roboter eingesetzt werden. Auf dem Sensordisplay wird ein Streifenmuster generiert, welches über die Oberfläche des Messobjekts in die Kameras des Sensors gespiegelt wird. Abweichungen auf der Oberfläche verursachen Verzerrungen im Streifenmuster, die mit der Software ausgewertet werden.

Micro-Epsilon ist seit vielen Jahren Partner namhafter Chiphersteller und bietet ein extrem leistungsfähiges Portfolio mit hochpräzisen Sensoren. Auch die Reflectcontrol Systeme sind in der Halbleiterindustrie im Einsatz, beispielsweise zur 3D-Formerfassung von Wafern. Sie kontrollieren die Ebenheit oder Planarität von Wafern mit nur einer Aufnahme. Der Sensor liefert eine genaue 3D-Darstellung der spiegelnden Oberfläche, mit der die Topologie mikrometergenau bestimmt werden kann.

Batteriepakete werden im Durchlauf geprüft. Dabei sind die korrekte Position und Ausrichtung der Batteriepakete entscheidend. Eine wirtschaftlich effiziente Lösung für die Geometrieüberwachung bieten Laserscanner von Micro-Epsilon. Sie lassen sich einfach parametrieren und ohne Programmierkenntnisse in die Linie einbinden. Die Auswertung der 3D-Scans wird detailreich visualisiert, die Ergebnisse lassen sich dokumentieren und weiterverarbeiten. Die Scancontrol Laserscanner liefern auf den schwierigen, glänzenden Oberflächen präzise Ergebnisse, bei kompaktem Design. Laserscanner der Reihe Scancontrol zählen zu den leistungsfähigsten Profilsensoren im Hinblick auf Genauigkeit und Messrate. Um 3D-Scans zu generieren, muss eine Bewegung erfolgen. Entweder werden die Scanner beispielsweise per Roboter oder Verfahranlage über das Messobjekt bewegt oder die Messobjekte z.B. über Förderbänder am Scanner vorbeigeführt. Die Laserscanner von bieten eine Kombination aus hoher Dynamik, Präzision und kompakter Baugröße. Der Sensorspezialist bietet ein umfassendes Portfolio mit zahlreichen Messbereichen, Red- und Blue-Laser-Technologien und umfangreichem Zubehör. Die Scanner überzeugen gleichermaßen bei Integratoren und beim Serieneinsatz in der Fertigungslinie. Über die Ethernet-/GigE-Vision-Schnittstelle können sie optimal in Bildverarbeitungs-Softwarepakete eingebunden werden.