Anwendungsberichte

Die richtige Erstmusterprüfung für die Leiterplattenmontage

Erstmusterprüfung (FAI) mit USB 3.0 Industriekamera

Erstmusterprüfung für die Leiterplattenmontage

Die korrekte Anordnung der richtigen Bauteile ist bei der Oberflächenmontage von Elektronikplatinen das A und O. Die neueste USB 3.0 Kameratechnologie von IDS ermöglicht beim Leiterplattenbestücker Norcott Technologies eine automatisierte Überprüfung. Hohe Auflösung, hohe Bildraten, eine universelle Softwareschnittstelle und zukunftsfähige Konnektivität über USB 3 waren für Norcott genügend Gründe, um bei seinem neuen Erstmuster-Prüfsystem auf die USB 3.0 Industriekameras von IDS zu setzen.

Anwendung

Die Erstmusterprüfung ist einer der wichtigsten Schritte bei der Oberflächenmontage von Leiterplatten (surface mount technology, SMT), denn durch sie kann abschließend geprüft werden, ob sich die richtige Komponente in der richtigen Position auf der Platine befindet, bevor diese zum Löten freigegeben wird. Durch die Prüfung wird sichergestellt, dass das Endprodukt bei normaler Fertigung dem vom Kunden vorgegebenen Prozess entspricht. Ted Reilly, Senior Business Process Developer bei Norcott, erklärt: „Die Erstmusterprüfung ist im Grunde ein manueller Prüfprozess, doch bei Leiterplatten mit hunderten Komponenten ist es überaus zeitaufwendig, mühsam und fehleranfällig, jedes Bauteil mit dem menschlichen Auge zu kontrollieren und mit der Stückliste des Kunden zu vergleichen.

Durch eine Automatisierung dieses Prozesses mittels Bildverarbeitungstechnologie können wir das Vorhandensein, die Positionierung und die Identität von SMT-Komponenten direkt anhand der Stückliste überprüfen. Dies macht einen großen Unterschied in Bezug auf Zeiteinsparung und Präzision. In unserem SMT Setup & Quality Department ist dies ein entscheidender Aspekt, und da die Prüfung vor dem Reflow erfolgt, ist sie zerstörungsfrei, was die Effizienz der Abteilung und die Erfolgsquote beim ersten Durchlauf erhöht.“

kundenspezifisches FAI XY Vision Inspektionssystem mit USB 3 uEye Industriekamera von IDS
Kundenspezifisches FAI XY Vision Inspektionssystem

Mit seinen drei unabhängigen Oberflächenmontage-Linien verfügt Norcott über eine flexible Fertigungsstätte, die einen schnellen Prototypenbau ermöglicht und zugleich den Anforderungen größerer, regelmäßiger Produktionsaufträge gerecht wird. Grundsätzlich kann jede Kombination von Oberflächen- (SMT) und Durchsteckmontage (PTH) durchgeführt werden:

  • Einseitige SMT
  • Beidseitige SMT
  • Einseitige SMT + PTH
  • Beidseitige SMT + PTH
  • Beidseitige SMT + beidseitige PTH

Norcott entwickelte sein erstes visuelles Prüfsystem FAI XY vor etwa acht Jahren, doch als die verwendete Hard- und Software veraltet war, wurde ein neues System benötigt. Für das neue System wählte Norcott die hochauflösende USB-3.0-Farbkamera IDS UI-3580CP mit 5 Megapixeln und hochwertiger Optik. Diese ist auf einer motorgesteuerten XY-Plattform montiert, wodurch Erstmusterprüfungen in starker Vergrößerung ermöglicht werden. Das System verwendet eine selbst entwickelte wpf.net-Software, die eine Integration in die umfangreiche Komponentendatenbank und das Repository von Norcott gestattet. Die vielseitige Kamera UI-3580CP verbindet sich mit der genannten wpf.net-Anwendungssoftware von Norcott. Die Verbindung erfolgt über die uEye-API, die Bestandteil des im Lieferumfang aller IDS-Kameras enthaltenen IDS Software Development Kit (SDK) ist. Die zu prüfenden Leiterplatten werden mit den Bauteilen bestückt und diese werden mittels Lötpaste in der richtigen Position gehalten.

kundenspezifisches FAI XY Vision Inspektionssystem mit USB 3 uEye Industriekamera von IDS

Das System verfügt über eine Reihe von Funktionen, mit deren Hilfe sich rasch die kundenspezifischen Stücklisten laden lassen, in denen die zu verwendenden Teile oder Komponenten und deren vom Kunden vorgegebene Anordnung auf der Leiterplatte aufgeführt sind. Beim Aufrufen jeder einzelnen Komponente in der Stückliste bewegt sich die Kamera automatisch an die zu prüfende Stelle. Einrichten ist nicht erforderlich – das System ist nach dem Start innerhalb von zwei Minuten einsatzbereit. Das Kamerasystem erzeugt ein quadratisches Sichtfeld von 50 mm Seitenlänge. Darin werden die SMT-Komponente, die Platine und die Lötpaste in einer Auflösung gezeigt, in der selbst 0201-Komponenten dargestellt werden. Für eine stärkere Vergrößerung ist eine Zoomfunktion vorhanden. Die erwähnte Software ermöglicht die Anzeige zahlloser Informationen in Echtzeit, sodass jede Komponente visuell auf Vorhandensein, Positionierung, Ausrichtung, Teilemarkierung, Polarität und viele andere Parameter geprüft werden kann.

Leiterplatten, die die Prüfung bestehen, werden zum Löten weitergeleitet. Bei Diskrepanzen zwischen Platte und Stückliste kann die Software eine hochauflösende Kopie des Komponentenbildes in einem Ordner speichern, auf den das Norcott-Technikerteam zur weiteren Überprüfung Zugriff hat.

Kamera

Die kompakte USB 3.0 Kamera UI-3580CP Rev. 2 mit  4,92-Megapixel-CMOS-Farbsensor
Die kompakte USB 3.0 Kamera UI-3580CP Rev. 2

Die kompakte USB 3.0 Kamera UI-3580CP Rev. 2 misst nur 29 x 29 x 29 mm und verfügt über ein robustes, aber dennoch leichtes Magnesiumgehäuse. Sie ist ausgestattet mit dem 4,92 Megapixel CMOS-Farbsensor MT9P006STC von ON Semiconductor, einem der größten Hersteller von CMOS-Sensoren weltweit. Dieser einen halben Zoll große Sensor bietet eine Auflösung von 2560 x 1920 Pixeln sowie einen Rolling- und Global-Start-Shutter, das heißt, er kann sowohl bewegte Bilder als auch Standbilder aufnehmen.

Dank der innovativen Pixeltechnologie A-Pix™ ist der Sensor extrem lichtempfindlich. Dadurch ist die Kamera besonders für Aufgaben geeignet, bei denen es auf höchste Präzision in Farbwiedergabe und kristallklare Bildqualität ankommt. Die Pixeltechnologie A-Pix™ basiert auf Lichtbündelung mittels eines Lichtleiters, der das vom Farbfilter einfallende Licht gebündelt auf die Oberfläche der Fotodiode weiterleitet. Durch Struktur- und Prozessverbesserungen in der Pixeltechnologie konnte die Empfindlichkeit des Sensors insbesondere im Rot- und Grünbereich gegenüber der früheren Version des Sensors um bis zu 30% gesteigert werden. Mit den von ihnen erzeugten scharfen und rauscharmen Bildern eignen sich diese Sensoren ideal für industrielle Prüfaufgaben.

Mithilfe der Funktion „Area of Interest“ (AOI) ist eine Bildverarbeitung in Full-HD-Auflösung möglich. Größerer Kontrast lässt sich durch Verwendung der Binning-Funktion erzielen, und Schnellvorschau-Bilder sind durch eine Unterabtastung des Sensors abrufbar. Durch den integrierten 128 MB Bildpuffer eignet sich die Kamera bestens in Konstellationen mit mehreren Kameras. Zudem verfügt die Kamera über einen Standby-Modus, in dem der Energiebedarf auf ein Minimum reduziert wird.

Software

Die UI-3580CP wird wie alle IDS-Kameras mit dem vielseitigen IDS SDK geliefert. Dieses Software-Entwicklungssystem mit Treibern und Schnittstellen (DirectShow, TWAIN, ActiveX und GenICam) ist bei allen IDS-Kameramodellen identisch – ganz gleich, ob sie über eine USB 2.0, USB 3.0 oder GigE Schnittstelle verfügen. Es unterstützt die gängigsten Bildverarbeitungsbibliotheken wie HALCON, LabVIEW, NeuroCheck und viele andere mehr. Die neueste Version des SDK ist nicht nur für Windows 7, 8 und 10, sondern auch für Linux und Linux Embedded erhältlich. Da das SDK für alle Kameras von IDS identisch ist, besteht bei sich ändernden Erfordernissen die Möglichkeit eines nahtlosen Umstiegs auf ein anderes Modell.

USB 3.0

Das Sortiment an USB 3.0 Industriekameras von IDS erfreut sich sowohl bei Geräteherstellern als auch bei Endnutzern wie Norcott reger Nachfrage. Es umfasst eine Vielzahl von Kameras, von platinenmontierten Versionen bis zu Ausführungen in komplettem Gehäuse. Alle Modelle sind mit den neuesten CMOS-Sensoren ausgestattet und speziell für den jeweiligen Einsatzbereich mit verschiedensten Auflösungen und Bildraten erhältlich. Die USB 3.0 Schnittstelle ist dank ihrer Plug-and-Play-Konnektivität und ihrer schnellen Datenübertragung mit bis zu 420 MB/s sehr beliebt. Zudem bietet das IDS SDK flexible Anschlussmöglichkeiten an eine Vielzahl von Systemen sowie diverse Steuerungsfunktionen, über die sich die Bildqualität unter schwierigen Abbildungsbedingungen erheblich verbessern lässt.

Viele dieser Faktoren spielten bei der Entscheidung von Norcott für Kameras von IDS eine maßgebliche Rolle. „Wir benötigten natürlich eine Kamera“, so Ted Reilly weiter, „die die für unsere Prüfung benötigte Bildqualität liefert, doch wir wollten auch eine Kamera, die effektiv zukunftsfähig ist. Deshalb haben wir uns für die USB 3.0 Standardschnittstelle entschieden.“ „Die Kamera UI-3580CP war für unsere Zwecke ideal geeignet“, sagt Reilly. „Über die API konnten wir eine direkte Verbindung zu unserer Software herstellen, und dies zu einem sehr konkurrenzfähigen Preis. Außerdem erwies sich IDS während der Testphasen als wirklich hilfsbereit und kooperativ, und dies war auch nach dem Erwerb der Kamera durch die zuverlässige Bereitstellung von technischem Support und Ressourcen der Fall.

Derzeit entsteht bei Norcott ein zweites Erstmuster-Prüfsystem, das zusammen mit einer neuen SMT-Fertigungslinie in Betrieb gehen wird. Auch hierbei ist die UI-3580CP die Kamera der Wahl.

USB 3 uEye CP - Unglaublich schnell, unglaublich zuverlässig, unglaubliche Sensoren

IDS Industriekamera USB 3 uEye CP
Interface:  USB 3.0
Sensortyp:  CMOS
Hersteller:  ON Semiconductor
Framerate:  15,2 fps
Auflösung:  2560 x 1920 px
Shutter:  Global Start Shutter, Rolling Shutter
Sensorformat:  1/2"
Maße:  29 x 29 x 29 mm
Gewicht:  52 g
I/O-Anschluss:  8-poliger Hirose-Anschluss
Anwendungen:  Machine Vision, Mikroskopie, Embedded Systeme

Der Kunde Norcott Technologies Ltd

Norcott betreibt ein eigens hierfür erbautes Engineering-Zentrum inmitten der britischen Grafschaft Cheshire. Das ursprünglich auf elektronische Konstruktionsdienste für Elektronik- und Gerätehersteller spezialisierte Unternehmen bietet inzwischen einen Rundum-Service, der auch den Bau von Prototypen und die produktionsspezifische Montage umfasst. Norcott erbringt vielfältige Montageleistungen, von der Prototyperstellung bis zu regelmäßiger Fertigung, einschließlich Verkabelung, Gehäuseeinbau und Test. Drei eigenständige Oberflächenmontage-Linien ermöglichen eine Leiterplattenmontage mit Fine-Pitch-QFP-/µBGA-Technologie. www.norcott.co.uk