Ließen sich fehlerhafte Produkte frühzeitig erkennen, könnten die Hersteller von Steckverbindern große Einsparungen erzielen und die Rückrufe für Produkte in der Automobilindustrie, der Luftfahrt und weiteren Branchen reduzieren. Ein neues 3D-Inspektionssystem soll die Lösung liefern.

Der weltweite Markt für die Steckverbinder-Industrie soll bis 2022 auf 80,3 Milliarden US-Dollar wachsen – getrieben von der Nachfrage verschiedenster Branchen, einschließlich Automotive, Luftfahrt und Verteidigung/ Militär nach zuverlässigen, ausfallsicheren Elektronikprodukten. Fehlerhafte Steckverbinder, tief verborgen in wichtigen elektronischen Subsystemen in Autos oder Flugzeugen, können katastrophale Folgen haben. Fehlfunktionen von Inspektionssystemen für solche Komponenten können lebensbedrohlich sein und kostspielige Produktrückrufe nach sich ziehen. Mit seinem neuen 3D-Inspektionssystem stellt sich das amerikanische Unternehmen G2 Technologies diesen Herausforderungen.

Leben retten und Kosten reduzieren

Der Hersteller von Prüf- und Messgeräten mit Kunden wie Honda, 3M, BE Aerospace und NASCAR hat ein neuartiges, kundenspezifisch anpassbares, automatisiertes 3D-Inspektionssystem entwickelt, das laut eigener Aussage alle die Fehler erkennen soll, die derartige Systeme bisher nicht erfassen konnten. „Historisch gesehen war die Inspektion immer auf die 2D-Technologie und das menschliche Auge begrenzt. Das ändert sich heute. Mit fortschrittlichen 3D-Inspektionssystemen können Unternehmen Fehler erkennen, bevor es zu spät ist. Wenn es um Menschenleben geht, ist das essenziell“, erklärt Craig Borsack, P.E., Präsident von G2 und Industrieexperte. „Wenn ein Tier-1-Zulieferer für die Automobilindustrie beispielsweise einen fehlerhaften Steckverbinder in eine Motorsteuerung (ECU) einbaut, diese an einen Automobilhersteller verkauft wird, in Autos installiert wird und letztlich zu einem Rückruf führt, dann wird ein Großteil der Kosten dafür dem Hersteller des Steckverbinders belastet“ so Borsack weiter.

Zu kurz geraten

Um das Risiko zu minimieren, dass fehlerhafte Steckverbinder in die Lieferkette gelangen, haben die Ingenieure von G2 Technologies ein automatisches Steckverbinder-Inspektionssystem entwickelt. Das System nutzt die PXI Plattform von National Instrument und kombiniert ein Machine Vision-basiertes, berührungsloses 3D-Inspektionssystem, eine Reinigungsstation sowie elektrische Prüf- und Gravierstationen. „Allein mit Kontakt-Inspektion und dem menschlichen Auge konnten Inspektoren bisher verbogene und fehlende Pins erkennen – ein fehlerhafter Steckverbinder mit einem zu kurz geratenen Pin wurde jedoch leicht übersehen“, erklärt Borsack. „Mit dieser individuell anpassbaren Applikation können die inspektoren nun eine berührungslose Inspektion durchführen und die fehlerhaften Steckverbinder erfassen. Das ist eine deutliche Verbesserung, durch die ein Hersteller Kosten einsparen kann.“

Kurze Taktzeit

Laut Borsack war sein Unternehmen in der Lage, eine Taktzeit von 3,5 Sekunden für jedes Teil zu erzielen. Außerdem sei das System so flexibel, dass es verschiedene Stecker mit Pin-Zahlen von vier bis 32 prüfen sowie einzyklische, fortlaufende Wechsel zwischen den Teilen umsetzen kann. Das Inspektionssystem wird in der Produktionskette nach dem so genannten Pin-Stitching installiert, dem Prozess, bei dem die Kontaktpins gesammelt und in gegossene Steckverbindergehäuse eingefügt werden. Die Steckverbinder werden dann durch ein Zulaufband unter einer Genie Nano M1920 GigE Vision Kamera von Teledyne DALSA hindurch geführt. Ein mittels diffusem Dome-Licht DL 194 von Advanced Illumination beleuchtetes Bild des Steckverbinders wird erfasst und anschließend analysiert. So lässt sich prüfen, ob das richtige Teil vorhanden und korrekt ausgerichtet ist, um den Inspektionsprozess anschließend fortzuführen. Handelt es sich um das falsche Teil oder ist es falsch ausgerichtet, sortiert das System es aus.

Doppelt gescannt

Teile die als richtig erkannt werden und korrekt liegen laufen weiter zu einem Ausrichtungsrad, welches sie mit der Verbinder-Seite nach unten dreht. So geht es weiter zur Inspektion der Verbinderseite.  Dort scannt ein scanCONTROL 2650-25 Laserscanner von Micro Epsilon die komplette Verbinderseite des Steckverbinders. Anschließend wird die Steckerseite geprüft. Aufgrund der Anforderungen an die Zykluszeit und der Notwendigkeit des Scannens aus beiden Richtungen wird die Prüfung der Steckerseite an zwei Stationen mit zwei zusätzlichen Laserscannern durchgeführt. „Zwei Scans sind aufgrund der Schatteneffekte erforderlich, die beim Scannen des Steckergehäuses von einer Seite aus entstehen. Um eine vollständige 3D-Punktwolke zu erhalten, muss das Teil aus beiden Richtungen gescannt werden. Dann können die Bildern kombiniert werden, um die Schatten  auszublenden“, merkt Borsack an.
Das System scannt von beiden Seiten und erzeugt eine Ebene, die auf einem Pad unten an der Steckseite basiert. Diese Ebene wird als Referenzpunkt genutzt, um die tatsächliche Position und Pin-Höhe der Kontakte zu messen. Nach der visuellen Prüfung läuft der Steckverbinder durch eine Reinigungsstation, gefolgt von der elektrischen Prüfung und letztlich der Gravierstation. Passierende Steckverbinder erhalten einen Daten-Code und laufen weiter zur Verpackung. Fehlerhafte Steckverbinder erhalten einen so genannten Reject-Code, der Auskunft darüber gibt, an welcher Station sie aussortiert wurden. Anschließend werden sie in einen verschlossenen Abfallbehälter geschleust.

„Das System hat einen vergleichbar geringen Preis, wenn man die potenziellen Einsparungen gegenüber stellt. Dieses Inspektionssystem kann einen Hersteller nicht nur davor bewahren, auf Millionen verklagt zu werden, wenn es zu einem Rückruf kommt, es kann definitiv auch Leben retten“, davon ist Borsack überzeugt.