Automatisch geprüft – Fehler gefunden

Mikroschaltungen

Elektronische Baugruppen werden immer komplexer. Mit innovativer Software konnte die manuelle optische Inspektion vollständig automatisiert werden. Dabei greifen Technologien aus den unterschiedlichsten Bereichen ineinander. Durch einen stetigen Fortschritt in den Algorithmen und durch die Kombination von 2D- und 3D-Bildverarbeitung konnte die Erkennungsrate gesteigert werden.

Die Automatische Optische Inspektion (AOI) gehört heutzutage zum Standard im Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile. Dabei erfolgt eine Kontrolle von sichtbaren Qualitätsmerkmalen einer Baugruppe maschinengesteuert. Ursprünglich wurde die Manuelle Optische Inspektion (MOI) zur Sichtkontrolle angewendet. Die Prüfung wurde durch Mitarbeiter mit bloßem Auge oder mithilfe eines Mikroskops als Referenz-Vergleich durchgeführt. Das manuelle Vorgehen ist aufwändig, personalintensiv und die Erkennungsrate von möglichen Fehlern hängt von der Erfahrung und der Aufmerksamkeit der betreffenden Person ab. Bei AOI erfolgt die Prüfung durch eine digitale Aufnahme eines Bildes und die anschließende Bewertung über Softwarealgorithmen. 

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Die Funktionsweise eines AOI-Systems kann man sich wie folgt vorstellen: Ein System aus einer oder mehreren Kameras bewegt sich scannend über eine Baugruppe. Es erfolgt eine präzise Positionierung der Kamera auf eine Stelle. Ist die Scanvorrichtung zum Stillstand gekommen, werden mithilfe von Beleuchtungssystemen Bilder der betreffenden Szene aufgenommen. Typische Prüfparameter sind unter anderem, ob im Vorfeld die Lötpaste korrekt auf den Leiterplatten aufgetragen wurde; ob die elektronischen Bauteile richtig auf den Baugruppen bestückt sind und ob die Lötstellen fehlerfrei ausgeführt wurden. Die umfassende Auswertung der aufgenommenen Bilder erfolgt in der Systemsoftware eines AOI. Dabei werden zahlreiche komplexe Algorithmen zur Bildverarbeitung verwendet. Das Ziel besteht darin, die definierten Prüfmerkmale so realitätsnah wie möglich zu bewerten. Der heutige Stand der Technik ermöglicht es, dass neben dem 2D-Bild, bei dem nur ein Farbwert ermittelt wird, die 3D-Technik eingesetzt wird. Eine Kombination aus zweidimensionaler und dreidimensionaler Bildbearbeitung und mit einem zusätzlichen Schrägblick erhöht die Sicherheit in der Bewertung der Prüfmerkmale.

Die GÖPEL electronic GmbH aus Jena ist Anbieter von AOI Systemen. Mit modernsten Test- und Inspektionssystemen für elektronische Baugruppen und bestückte Leiterplatten unterstützt das Unternehmen seine Kunden bei der Einhaltung der Qualitätsversprechen. Zu den Geschäftsbereichen gehören neben der Entwicklung von automatischen Inspektionslösungen, Automative- und Embedded-Test Solutions und industrielle Funktionstests. Auch die Anfertigung von maßgeschneiderten kundenspezifischen Testsystemen ist möglich. 

PILOT AOI ist eine 3D AOI Software, welche konkrete Programme zur automatischen optischen Inspektion erstellt und optimiert. Die aktuelle Version verfügt über eine hohe Fehlererkennungsrate durch den Einsatz unterschiedlicher Inspektionsmethoden. Sie bietet die Möglichkeit der individuellen Erweiterung der Prüffunktionen und Bibliothekseinträge. Eine umfassende Inspektionssicherheit wird durch eine Verifikation der Prüftiefe und Überwachung der Fehlererkennung geboten. Möglich ist eine globale Datenverwaltung sowie zentrale Multi-Line-Verifikation über mehrere Fertigungslinien mit PILOT Connect und PILOT Supervisor. 

Die aktuelle Version der Software PILOT AOI (Bild 1) ist das Ergebnis einer stetigen Weiterentwicklung. Mit jedem fortlaufenden Release wird die Software an aktuelle Hardware, die Wünsche und neuen Anforderungen der industriellen Kunden und die Infrastruktur des Unternehmens angepasst.

Bild 1
Grafische Benutzeroberfläche der PILOT AOI Software bei der automatischen Analyse einer komplexen Platine. Quelle: GÖPEL electronic GmbH. 

Eine stetige Weiterentwicklung einer umfassenden Softwaresuite erfordert eine hohe Technologiekonstanz. Der Entwicklungsprozess muss effizient und zuverlässig sein. Entwickelt wird PILOT AOI mit Hilfe der integrierten Entwicklungsumgebung Delphi. Die Benutzeroberfläche des Programms PILOT AOI ist im Aufbau der Entwicklungsumgebung ähnlich und erlaubt ein sehr einfaches und dennoch weitgehendes konfigurieren über ausgewählte Parameter. Die Entwickler des Unternehmens GÖPEL electronic GmbH geben an, dass es für ein Technologieunternehmen außerordentlich wichtig ist, über Jahre entstandenes Knowhow und die mühevoll entwickelten Algorithmen nicht nur dauerhaft nutzen zu können, sondern diese auch gleichzeitig schnell und ressourcenschonend auf neue Plattformen und Systemumgebungen zu migrieren. Genannt werden beispielsweise der Wechsel von der 16- über 32- hin zur aktuellen 64-Bit Prozessortechnologie. Ebenso wird die Möglichkeit geschätzt grafische Benutzeroberflächen schnell und mit Hilfe eines grafischen Designers direkt in der integrierten Entwicklungsumgebung zu erstellen. 

Der fortlaufende Entwicklungsprozess hat zu einer sehr leistungsfähigen Software geführt. Der Kunde hat die Möglichkeit mit der PILOT AOI-Software seine eigenen Inspektionsroutinen zu erstellen. Ebenso kann man Leiterplatten und Bauteile und die dafür notwendigen Prüfaufgaben flexibel und selbstständig definieren. Eine intuitive grafische Benutzeroberfläche ermöglicht verschiedene Sichtweisen auf die Baugruppen, Einstellungen und Analysen. Zusätzlich gibt es eine vollautomatische Bauteilbibliothek, mit welcher firmeninterne Artikelnummern und automatische Anpassungen der Inspektionsparameter anhand von Musterbaugruppen angelegt werden können. Der Umstieg von der 2D- auf die 3D-Bildverarbeitung war ein wichtiger Entwicklungs- und Qualitätsschritt. So ist es möglich geworden neben X- und Y-Werten zusätzlich wertvolle Höheninformationen zu erhalten und für die Beurteilung der Güte mit einzubeziehen. Für die Auswertung der Bilddaten nutzen die Entwickler verschiedener externe Bildverarbeitungsbibliotheken, welche über Delphi angesprochen werden. Die Speicherung und Verarbeitung der Bilddaten findet dabei direkt im Binärformat statt. Die Anbindung an eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) integriert die PILOT AOI in den Produktionsprozess. Hard- und Software „verschmelzen“ hier zu einer leistungsfähigen Einheit. Aktuell wird die Anwendung unter dem Betriebssystem Microsoft Windows eingesetzt und besteht aus fünf Hauptprogrammen mit insgesamt ca. 1 Mio. Programmzeilen. 

Eine Besonderheit stellt der so genannte „MagicClick“ dar. Mit Hilfe dieser Funktion lassen sich Prüfprogramme vollautomatisch erstellen und optimieren. Ohne manuelle Einträge in die Bauteilbibliothek wird dabei ein fertigungstaugliches Prüfprogram inklusive automatisch generierter Bauteilbibliothek in wenigen Minuten erzeugt.

Fazit und Ausblick 

Die Software PILOT AOI der Firma GÖPEL electronic GmbH ist eine hoch leistungsfähige Applikation, um den aufwändigen Prozess der Qualitätsprüfung von elektronischen Baugruppen zu automatisieren. Sie ist das Ergebnis einer langjährigen betrieblichen Entwicklung. Das Knowhow steckt in der Kombination aus Hard- und Software, insbesondere in leistungsfähigen Algorithmen zur Qualitätsbeurteilung. Voraussetzung für den Erfolg eines solchen langlaufenden und stetigen Entwicklungszyklus ist die Beständigkeit von Technologien und damit die Möglichkeit den hohen Entwicklungsaufwand auch über lange Zeiträume nutzen zu können.

Autoren: Dr. Veikko Krypczyk und Elena Bochkor, www.goepel.com

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