Leiterplatten in Fahrzeugen

Mit der zunehmenden Forderung nach dem neuen globalen Mobilfunkstandard 5G, Elektrofahrzeugen und autonomem Fahren, wird die Prüfung von Leiterplattenbaugruppen, beispielsweise in Fahrzeugen, immer anspruchsvoller. (Bild: Omron)

Gerade in Zeiten des Fachkräftemangels stellt diese Entwicklung einen wichtigen Schritt dar, da auch die Anforderungen an die Qualitätsprüfung weiter steigen. Mit der zunehmenden Forderung nach dem neuen globalen Mobilfunkstandard 5G, Elektrofahrzeugen und autonomem Fahren, wird die Prüfung von Leiterplattenbaugruppen, beispielsweise in Fahrzeugen, immer anspruchsvoller. Omrons neue VT-S10-Lösung ermöglicht eine hochpräzise Inspektion solcher Schlüsselkomponenten, um die Qualität aufrechtzuerhalten, vorgelagerte Prozessschritte zu verbessern und so zu einem zuverlässigen Einsatz der Endsysteme beizutragen.

Durch die steigende Miniaturisierung und Packungsdichte auf modernen Baugruppen ist die Inspektion mit größeren Herausforderungen verbunden. Herkömmliche Inspektionssysteme haben die Schwierigkeit, genaue Bilder von Lötstellen zu machen, wodurch der Umfang und die Parameter der Inspektion eingeschränkt werden. Zunehmender Fachkräftemangel sowie das Beschränken und Vermeiden von engen Kontakten und Bewegungen aufgrund der aktuellen Covid-19-Pandemie reduzieren die Häufigkeit von Sichtkontrollen seitens der Mitarbeiter. Dies führt auf Seiten der Produktion zu einer steigenden Nachfrage nach vollautomatischen, intelligenten Systemen, die ohne intensive Bedienung seitens eines Fertigungsmitarbeiters eingesetzt werden können. Ein weiterer Anspruch ist die geringere Erfahrungs- und Qualifikationsanforderung bei der Einführung neuer Prüfgeräte sowie eine verbesserte Prüfgenauigkeit.  „Wenn der Automobil- und 5G-Markt größer wird, wird die Produktlieferkette erweitert. Daher wird unsere Formprüfung, z.B. nach IPC-Standard, immer nützlicher, um die Prüfqualität aufrechtzuerhalten,“ führt Kevin Youngs, European Sales Manager - Inspection Systems Division bei Omron weiter aus.

KI-gesteuertes PCB-Inspektionssystem Serie VT-S10
KI-gesteuertes PCB-Inspektionssystem Serie VT-S10 (Bild: Omron)

Fehlentscheidungen minimieren

Ausgestattet mit der firmeneigenen Multi-Direction Multi-Color-Bildgebungstechnologie (MDMC) optimiert die VT-S10-Serie automatisch Einstrahlungswinkel, Farben und Lichtintensität der Beleuchtung während der Inspektion der Baugruppe. Sie ermöglicht, Lötstellen genauer als mit herkömmlichen Bildgebungsverfahren zu erfassen und die Störung durch Schatten benachbarter hoher Bauteile zu eliminieren. Dabei werden Merkmale wie die Form der elektronischen Komponenten und der Lötstellen auf der Leiterplatte berücksichtigt.  Erste Tests zeigen, dass dadurch die für die Einrichtung erforderlichen Arbeitsstunden um etwa 70 % reduziert werden können. Darüber hinaus kann die VT-S10-Serie mit Hilfe von KI Inspektionsprozesse automatisieren, bei denen die Qualität bisher von den menschlichen Sinnen abhängig war. Dadurch wurde die Inspektionsgenauigkeit erheblich verbessert. „Unsere 30 Jahre Erfahrung auf dem Gebiet der Qualitätsprüfung sowie unsere Nähe zum Markt haben uns bei der Entwicklung der VT-S10-Serie maßgeblich geholfen“, so Youngs.

Eliminierung von Schatten- und Sekundärreflexionen
Die Eliminierung von Schatten- und Sekundärreflexionen mit 4-Wege-MPS-Projektoren erlaubt eine zuverlässige Inspektion von Feinteilen und ermöglicht selbst an der Lötstelle des Steckers eine gute Sichtbarkeit. (Bild: Omron)

Der Inspektionssystem-Hersteller hat dafür ein Innovationskonzept entwickelt, das sich "innovative-Automation" nennt. Mit ihm verpflichtet sich das Unternehmen, durch drei Schlüsselinnovationen – oder drei „i“ – Innovationen in die Fabrikhalle zu bringen: „Integriert (Evolution in der Steuerung)“, „Intelligent (Intelligenz entwickelt durch 'Informations- und Kommunikationstechnologie')“ und „Interaktiv (Harmonie zwischen Mensch und Maschine)“ treibt das Unternehmen Innovationen in der Fertigung voran.  Omrons Lösungen sind durch die Weiterentwicklung von Steuerungen in die Produktionslandschaft integriert,  aufgrund der Kombination von Informations- und Kommunikationstechnologien intelligent als auch interaktiv durch eine enge technische Abstimmung zwischen Mensch und Maschine, wodurch neue innovative Ansätze in die Produktion eingebracht werden. Durch die Integration einer breiten Palette von Steuergeräten und den Einsatz von KI, die sich bestens für die Lötstelleninspektion einsetzen lässt, ist die VT-S10-Serie das neueste Omron-Produkt, das das Konzept der innovativen Automatisierung verkörpert. Auch in Zukunft möchte das Unternehmen dieses Inspektionskonzept gemeinsam mit den Kunden weiterentwickeln. ”Durch die Erweiterung des Umfangs und der Parameter für die automatisierte Inspektion sollen die Bediener von einfachen, monotonen Arbeiten befreit werden, damit sie sich kreativeren Aufgaben widmen können, was letztendlich zu einer besseren Qualität von Endsystemen und zu einer höheren  Sicherheit unserer Gesellschaft beiträgt,” betont Youngs.

Genaue Erfassung von Lötformen in 3D
Genaue Erfassung von Lötformen in 3D (Bild: Omron)

Hauptmerkmale der Serie VT-S10

  • Die MDMC-Bildgebungstechnologie senkt die Wahrscheinlichkeit von Fehlentscheidungen erheblich: Durch den Einsatz seiner proprietären MDMC-Beleuchtung präsentiert Omron eine Bildgebungstechnologie für die hochpräzise Inspektion von sich immer weiter entwickelnden Substraten und Komponenten. Die flexible Veränderung von Einstrahlungswinkeln, Farben und Lichtintensität ermöglicht es, Lötformen genauer als mit herkömmlichen Bildverfahren zu erfassen, Störungen durch Schatten benachbarter höherer Bauteile zu eliminieren und Muster auf Substraten sowie Drucke auf der Oberfläche von Bauteilen deutlich zu erkennen.
  • Minimierung der Programmierstunden durch quantitative und KI-gestützte qualitative Inspektion: Basierend auf dem Wissen, über das Omron sowohl bei der Bauteil- als auch bei der Lötmittelformprüfung verfügt, sowie auf den durch die MDMC-Beleuchtung gewonnenen Bildern, hat das Unternehmen eine KI entwickelt, die sich speziell für die Lötprüfung eignet. Diese KI-gestützte Inspektion wird mit der quantitativen Inspektion durch MDMC kombiniert, um sowohl das erforderliche Niveau der Lernfähigkeit als auch die Wahrscheinlichkeit von Fehlentscheidungen zu reduzieren. „In einem Validierungstest mit einem Kunden konnten wir nachweisen, dass die Anzahl der Arbeitsstunden für die Sichtprüfung um 85 % gesenkt werden konnte,“ blickt Youngs zurück.
Verknüpfung von Daten mit Produktionsanlagen
Die Verknüpfung von Daten mit Produktionsanlagen anderer Hersteller, unter Verwendung der Omron-eigenen Prozesssoftware QupAuto, ermöglicht eine verbesserte Qualitätsüberwachung und die Minimierung von Fehlern. (Bild: Omron)
  • M2M-System für die Produktion von fehlerfreien Produkten: Des Weiteren ermöglicht die Verknüpfung von Daten mit Produktionsanlagen anderer Hersteller, unter Verwendung der Omron-eigenen Prozesssoftware QupAuto, eine verbesserte Qualitätsüberwachung und die Minimierung von Fehlern. Die VT-S10-Serie kann dadurch die Visualisierung der Qualität verbessern, indem sie eine Datenbank mit Inspektionsergebnissen, einschließlich numerischer Werte und Bilder, von jedem Prozess entwickelt. Darüber hinaus steigert die VT-S10-Technologie die Erfolgsquote beim ersten Durchlauf, indem sie automatisch die Kriterien für die Post-Print-/Post-Placement-Inspektion auf der Grundlage der Inspektionsergebnisse beim letzten Prozess optimiert. Sie kann auch Daten mit anderen Herstellern von Produktionsanlagen verknüpfen, um Fehler zu reduzieren und zu vermeiden. Ein Validierungstest mit einem Kunden hat gezeigt, dass mit der Einführung dieses M2M-Systems die Fehlerquote um mehr als 50 % gesenkt werden konnte, da Qualitätsabweichungen erkannt und behandelt werden, bevor Fehler auftreten.

Gerade bei der genauen Inspektion von komplizierten Lötverbindungen, ist die 3D-Bildgebung aus allen Winkeln entscheidend für ein präzises und nachvollziehbares Inspektionsergebnis.

productronica 2021: Halle A2, Stand 433

Die Autorin

Petra Gottwald
(Bild: Hüthig)

Petra Gottwald, Chefredakteurin Productronic, nach Unterlagen von Omron

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