Die korrekte Anordnung der richtigen Bauteile ist bei der Oberflächenmontage von Elektronikplatinen das A und O. Neueste USB-3.0-Kamera-Technologie ermöglicht dem Leiterplattenbestücker Norcott Technologies eine automatisierte Erstmuster-Überprüfung.

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.

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 lässt sich das Vorhandensein, die Positionierung und die Identität von SMT-Komponenten direkt anhand der Stückliste überprüfen.

Dies spart Zeit und erhöht die Präzision. Im SMT Setup & Quality Department von Norcott 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.

Mit seinen drei unabhängigen Oberflächenmontage-Linien verfügt das Unternehmen 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

Eine neue flexible Lösung

Der britische Technologiedienstleister 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 wurde die hochauflösende USB-3.0-Farbkamera IDS UI-3580CP mit 5 Megapixeln und hochwertiger Optik ausgewählt. 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 UI-3580CP verbindet sich mit der genannten wpf.net-Anwendungssoftware. 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. 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 (0201 = Code für die Baugröße) dargestellt werden. Für eine stärkere Vergrößerung ist eine Zoomfunktion vorhanden. Die erwähnte Software ermöglicht die Anzeige zahlreicher 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.

Fortschrittliche Kameratechnologie

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. 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 der 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. Sie wird mit dem vielseitigen IDS SDK geliefert. Dieses Software-Entwicklungssystem enthält Treiber und Schnittstellen (DirectShow, TWAIN, ActiveX und GenICam) und ist bei allen IDS-Kameramodellen identisch. Es unterstützt die gängigsten Bildverarbeitungsbibliotheken wie Halcon, Labview, Neurocheck und viele andere mehr. Die neueste Version des SDK ist für Windows 7, 8 und 10, und 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. Die USB-3-Schnittstelle ist dank ihrer Plug-and-Play-Konnektivität und ihrer schnellen Datenübertragung mit bis zu 420 MB/s sehr beliebt.

Viele diese Faktoren spielten bei der Entscheidung von Norcott für Kameras von IDS eine maßgebliche Rolle. Wichtig war die Tatsache, dass die Kamera die für die Prüfung benötigte Bildqualität liefert und aufgrund der USB-3.0-Standardschnittstelle zukunftsfähig ist. Schließlich konnte über die API eine direkte Verbindung zur Norcott Software hergestellt werden.