Automatische optische Inspektion von SMD-Tapes - Die Lage der Quarze

Cognex: Der menschliche Sehapparat ist auf das Erfassen von komplexen Situationen ausgerichtet. Wenn es um schnelle Mustererkennung geht, zeigt das Auge rasch Ermüdungserscheinungen und macht zwangsläufig Fehler. Besonders bei der Kontrolle präziser Bauteile in Serienfertigung mit großen Stückzahlen ist ein hochwertiges Vision-System gefragt. Bei Micro Crystal im Schweizer Grenchen, prüft der InSight 5401 die Verpackung von Surface Mounted Devices, kurz SMD, aus Keramik, die eine kostbares Innenleben beherbergen: einen Schwingquarz made in Switzerland. Mit 32.768 Schwingungen pro Sekunde kümmern sich die hochfrequenten Mini-Stimmgabeln weltweit um konstante Frequenzen und Zeitangaben.

Präzision ist der Maßstab

Für Micro Crystal, ein Unternehmen der Swatch Group, zählt seit der Gründung im Jahr 1978 nur eine Zielvorgabe: maximale Präzision. Der weltweit führende Hersteller von Quarzen unter anderem für Uhren und Mobiltelefone, kann sich Qualitätsmängel nicht leisten. Neben der Qualitätssicherung im Produktionsprozess der Schwingquarze und SMD, ist für die Kundenzufriedenheit ein optimiertes Packaging von großer Bedeutung. In Tapes mit Stückzahlen zwischen 7.000 und 16.000 verpackt, müssen nicht korrekt gelagerte oder beschriftete SMDs erkannt und entfernt werden. Gleiches gilt für lückenhafte Verpackungsbereiche der SMD-Tapes.

Seit Mitte 2007 bedient man sich eines Optischen Tape End-Controllers mit InSight 5401, um die Qualität des Packaging zu perfektionieren. Der gleichermaßen einfache wie effektive Systemaufbau lässt sich mit dem eines Film-Schneidetisches vergleichen. Die Rolle mit den ungeprüften SMD-Tapes wird über einen Arbeitstisch geführt, auf dem der InSight 5401 die einzelnen Miniaturverpackungen der nur wenige Millimeter kleinen Schwingquarz-Gehäuse einer automatischen optischen Inspektion unterzieht.

Die indirekte Sichtprüfung erfolgt über den Monitor eines angeschlossenen Industrie-PCs. Geprüft werden drei Kriterien:

• Befindet sich ein SMD in der Verpackung?
• Stimmt die Lage des SMD?
• Ist die auf das Keramikgehäuse gelaserte Chargennummer vorhanden und, wenn ja, ist diese einwandfrei lesbar?

Die Unschärfe im Griff

Was die SMD seit Jahrzehnten so attraktiv macht, nämlich ihr von Anschlussdrähten freies Gehäuse mit Ausmaßen von wenigen Millimetern und der daraus resultierende geringe Platzbedarf der Bauelemente, macht die Qualitätsprüfung zur Herausforderung. Unterstützt wird der InSight 5100-10 bei seiner Millimeterarbeit durch den Cognex-PatMax, das revolutionäre Tool zur Objektlokalisierung mit Musterabgleichtechnologie. PatMax findet Objekte auch dann noch zuverlässig, wenn sie unterschiedlich groß oder unterschiedlich ausgerichtet sind, ihr Erscheinungsbild schlecht ist und sie sogar teilweise verdeckt sind. Als Lichtquelle dient ein Ring mit innen gelagerten Leuchtdioden, deren blaues Licht die Verpackungs- und Teilefarben Schwarz, Grau und Gold besonders gut kontrastiert. In diesem Fall im Auflichtverfahren spielt das Cognex Vision-System seine ganzen Stärken aus. Vor allem das Erkennen der mittels Laser aufgebrachten und damit nicht 100 Prozent scharf konturierten Chargennummern erfolgt lückenlos zuverlässig. PatMax verwendet eine dreistufige geometrische Messung anstatt einer Pixel-Matrix. Dabei werden zunächst die wichtigsten Einzelmerkmale in dem Bild des Objekts identifiziert und Parameter wie Form, Abmessungen, Winkel, Bögen und Schattierungen vermessen. Das Vision-Tool setzt dann die räumlichen Verhältnisse zwischen den zentralen Merkmalen des gelernten Bildes in Relation mit dem Echtzeit-Bild. Mittels der Analyse der geometrischen Informationen gelingt es PatMax die Position des Objekts eindeutig zu bestimmen.

Der nächste Schritt

Die Prüfung der korrekten Lage der SMD ist im Vergleich zur Identifikation der Chargennummer einfach. Nach den Verpackungsvorgaben von Micro Crystal müssen die Goldkontaktflächen der Keramikgehäuse immer auf der Kamera abgewandten Seite liegen. Sind sie also für das Vision-System unsichtbar, ist alles in Ordnung. Erkennt das Cognex System die Helligkeitsschwankungen, ausgelöst durch die Goldflächen auf der grauen Keramikoberfläche, jedoch, dann schlägt der Optical Tape End-Controller Alarm. Der fehlerhafte Abschnitt wird an einen vorher genau bestimmten Bearbeitungspunkt gefahren und per Hand entfernt. Sehr zufrieden mit den Ergebnissen des SMD-Controllers mit automatischer optischer Inspektion denkt man bei Micro Crystal mittlerweile schon einen Schritt weiter. Ab 2008 soll InSight mit PatMax noch ein Prozessschritt früher, bei der Verpackung der SMD selbst, eingesetzt werden. Aus diese Weise will man in Zukunft mögliche Fehler schon während des Verpackungsvorgangs erkennen und beheben.

Über Cognex
COGNEX entwirft, entwickelt, produziert und vermarktet maschinelle Bildverarbeitungssysteme und Computer, die Maschinen ein „intelligentes Sehen“ erlauben. Cognex ist der weltweit führende Anbieter von maschinellen Bildverarbeitungssystemen mit bereits über 400.000 ausgelieferten Systemen für die maschinelle Bildverarbeitung, die einem kumulierten Umsatz von über 2 Mrd. USD seit Gründung des Unternehmens im Jahre 1981 entsprechen. Die Modular Vision Systems Division von Cognex mit Sitz in Natick, Massachusetts, hat sich auf maschinelle Bildverarbeitungssysteme spezialisiert, die bei der automatischen Herstellung von Einzelteilen und deren Qualitätssicherung zum Einsatz kommen. Die Surface Inspection Systems Division mit Hauptsitz in Alamenda, Kalifornien, konzentriert sich auf die High-speed-Oberflächenkontrolle von Bahnwaren aus Metall, Papier und Kunststoff. Neben dem Hauptsitz in Natick, Massachusetts, gibt es weitere Niederlassungen in Nordamerika, Japan, Europa und Südostasien. Der Hauptsitz von Cognex Europe befindet sich in Rueil-Malmaison in der Nähe von Paris. Weitere Informationen erhalten Sie auf unserer Website unter http://www.cognex.com.