Im ersten Teil dieser Serie haben wir erläutert, dass von allen Systemen in einer SMT/THT-Bestückungslinie die automatisierten optischen Inspektionssysteme den größten Entwicklungs- und Verbesserungsspielraum haben, da sie technologisch am wenigsten ausgereift, am komplexesten, sehr softwareorientiert und stark von der Rechenleistung des Computers abhängig sind.
Im ersten Teil wurde die jüngste Ergänzung der breiten Produktpalette von Mek (Marantz Electronics Ltd.) vorgestellt: Das Mek ISO-Spector M1, ein vollwertiges 3D-AOI mit künstlicher Intelligenz. Ein echtes, vollständiges, kompromissloses und schnell zu programmierendes 3D-AOI-System. Durch die Verwendung der allerneuesten Technologie, die die moderne Entwicklung sowohl in Bezug auf die Hardware als auch auf die Software zu bieten hat, ist das Ergebnis ein selbstlernendes, hochspezifiziertes und hochgenaues System, das sich leicht programmieren lässt und dessen Ergebnisse von einem Programmierer unabhängig sind. Die Tatsache, dass es mit künstlicher Intelligenz selbstlernend ist, macht das M1 zu etwas ganz Besonderem.
Programmierbarkeit
Ein Fehler von AOI-Systemen, einschließlich 3D-AOI’s, besteht darin, dass die Ergebnisse stark von der Erfahrung des Programmierers abhängig sind. Sehr einfach ausgedrückt, ein erfahrener AOI-Programmierer kann mehr aus dem AOI-System herausholen, und das führt wiederum zu besseren Inspektionsergebnissen. Der Grund dafür ist, dass der Programmierer während des Programmierprozesses viele Entscheidungen selbständig treffen muss, da die Software diese Entscheidungen nicht automatisch trifft. Neben den Inspektionsergebnissen hängt die Programmierzeit auch von der Erfahrung des Programmierers ab. Lange Programmierzeiten führen zu Verzögerungen in der Produktion. Meistens werden jedoch unfertige, schlecht geprüfte Programme für die Produktion verwendet, die schließlich ebenfalls zu Produktionsverzögerungen führen.
Um diese Abhängigkeit von der Fertigkeit des Programmierers zu überwinden, muss ein AOI-System die vom Programmierer geforderten Entscheidungen minimieren und mehr automatisch durchführen. Das Mek ISO-Spector M1 liefert die gleichen Inspektionsergebnisse, unabhängig davon, wer es programmiert. Dies ist vor allem der künstlichen Intelligenz des Systems zu verdanken, aber auch, weil keine Bibliotheken benötigt werden. Gerber (Pad)-Daten können importiert werden, und die meisten Messungen werden automatisch durchgeführt, ohne dass dem System mitgeteilt wird, welche Art von Komponente gemessen wird. Die Programmierung wird zu einem kurzen und einfachen Prozess.
Was kann geprüft werden?
Wenn wir den Begriff Full 3D hören, wird normalerweise angenommen, dass jeder Aspekt, jedes Bauteil, jede Lötstelle, jedes Anschlussbeinchen, jeder Pin usw. gemessen werden kann. Dies ist nicht korrekt, da die meisten der sogenannten „Full 3D“ AOI’s nur in der Lage sind, regelmäßige Bauteilkörperoberflächen und in einigen wenigen Fällen die Lötstellenform von passiven Chipkomponenten und Anschlussbeinchen von IC’s/QFP’s zu messen. Es ist eine ziemliche Herausforderung, Objekte zu messen, die unregelmäßige Formen haben, wie „unsymmetrische“ Komponenten oder Komponenten/Objekte, die glänzend und reflektierend sind. Daher sind meist nur einfache Koplanaritätsmessungen an Bauteilkörpern möglich, und bei Lötstellen wird man sich in der Regel auf die Seitenlichter verlassen – das ist eine 2D-Inspektion.
Das Mek ISO-Spector M1 kann jedes Objekt messen, das eine Höhe hat. Dazu gehören alle Arten von Bauteilen, auch solche mit unregelmäßigen Formen, Lötstellen von kleinsten Bauteilen, THT-Stifte und Lötstellen, Fremdkörper usw.. Es gibt fast keine Ausnahmen für die 3D-Messung – abgesehen von transparenten Komponenten, da Licht durch sie hindurchdringt.
Was also inspiziert bzw. gemessen werden kann, ist jedes für die Kamera sichtbare Bauteil. Es kann auf Vorhandensein/Fehlen, XYZ-Versatz, XY-Koplanarität, korrekte Größe, richtigen Typ, Polarität, abgehobene Anschlussbeinchen, alle Arten von Lötstellendefekten, Brücken, Fremdmaterialien usw. geprüft werden.
IPC?
Bei der Erstellung eines Inspektionsprogramms für ein 3D AOI-System wird neben CAD- und Gerberdaten auch eine fertige Leiterplatte benötigt. Die Toleranzwerte von z.B. Bauteilversatz und Lötstellenvolumen basieren dann auf der für die Programmierung verwendeten Leiterplatte. Dies ist zwar nicht falsch, aber wenn die Leiterplatte sorgfältig visuell geprüft wird und die Ergebnisse zufriedenstellend sind, ist noch immer nicht bekannt, ob die Toleranzen den IPC-Standardwerten entsprechen. 3D-AOI’s sollten jedoch in der Lage sein solche Herausforderungen zu meistern.
Der Mek ISO-Spector kann so eingestellt werden, dass er gegen IPC-A-610 Klasse I, II oder III misst und vergleicht. Mit buchstäblich einem Knopfdruck kann die Messung aktiviert werden, nachdem ein Programm zur Verfügung steht.
Fremde Materialien
Ein weiterer Fehler der klassischen 2D-AOI’s liegt in der Erkennung von Fremdmaterialien, Teilen oder Objekten, die nicht auf der Oberfläche einer Leiterplatte sein sollen. Obwohl jedes Objekt eine XY-Dimension hat, ist es eine ziemliche Herausforderung, ein sehr dünnes Objekt zu erkennen, wie z.B. etwas, das mit einem Marker auf die Leiterplatte geschrieben wurde oder Staub. Dann ist eine 3D-Messung mit der Z-Information sehr nützlich. Für einige AOIs ist es immer noch eine Herausforderung, bestimmte Bereiche zu überspringen, z.B. wo Bauteile platziert sind, und andere Bereiche einzuschließen, in denen es keine Testrahmen gibt.
Das Mek ISO-Spector AOI-System verfügt über eine vollständige Fremdmaterialerkennung in allen 3 Dimensionen, automatisches Überspringen von unnötigen Bereichen und automatisches Einbeziehen von leeren Bereichen. Auch hier ist es buchstäblich eine Frage des Knopfdrucks.
Lötverbindungen
Von allen Inspektionsarten ist die Inspektion (oder Messung) von Lötstellen die anspruchsvollste und wird in den Bewertungsphasen am genauesten untersucht. Viele gehen davon aus, dass, wenn diese Inspektion ordnungsgemäß durchgeführt wird, auch alle anderen Inspektionen gut durchgeführt werden.
Die Inspektion/Messung selbst ist zwar eine Herausforderung für die AOI-Optik und Software, aber auch die zeitaufwendigste und anfälligste für menschliche Fehler während des Programmierprozesses. Auch nach der Programmierung kann die Fehlersuche lange dauern und wird immer als einer der Top 3 Generatoren von Pseudofehlern angesehen.
Bei Mek sind diese Herausforderungen bekannt und werden mit dem Mek ISO-Spector M1 gemeistert. Die Programmierung von Lötstellen erfolgt zu 100% automatisch und basiert auf künstlicher Intelligenz.
Künstliche Intelligenz
Die Inspektion von Lötstellen ist vollständig auf maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz (KI) angewiesen. Das System lernt aus den Prozesstoleranzen, aus den guten und fehlerhaften Lötstellen, aus seinen eigenen Fehlern und lernt auch während der Produktion weiter und vergisst die Vergangenheit nicht. Es lernt die verschiedenen Pad-Designs der verschiedenen Anwender. Es ändert seine Entscheidungsstrategie in Abhängigkeit von der Lötstellenform und dem Bauteiltyp und lässt dem Programmierer dennoch die Freiheit, die Parameter bei Bedarf zu ändern. Das Ergebnis ist eine Pseudofehlerrate von nahezu Null bei maximaler Fehlererkennung. Das ISO-Spector M1 ist wahrscheinlich das erste AOI auf dem Markt mit KI-Fähigkeiten und es ist eine der innovativsten Leistungen von Mek in seiner 25-jährigen Geschichte.
Konnektivität
Neben der künstlichen Intelligenz ist die „Intelligente Fabrik“ ein weiteres Schlagwort, das die Branche in den letzten Jahren in seinen Bann gezogen hat. Intelligente Fabriken verlangen, dass alle Systeme in der Produktionslinie nicht nur „horizontal“, sondern auch „vertikal“ über Datenmanagement-Zentren (Server, Cloud etc.) miteinander verbunden sind und über MES- oder ERP-Systeme miteinander kommunizieren, um den Betrieb zu verbessern. Da praktisch jedes System seine eigenen Import-/Export-Dateiformate und verschiedene Datensätze hat, die sie importieren/exportieren können, ist es eine Herausforderung, sie vertikal zu verbinden, da jedes System eine andere Sprache spricht. Dieses Problem könnte das Entstehen „einer kompletten Produktionslinie von derselben Marke“ erklären, für die die Lieferanten eine nahtlose Konnektivität versprechen. Ob diese nahtlose Konnektivität funktioniert, werden wir nicht kommentieren.
Glücklicherweise gibt es Fortschritte bei der Einführung von standardisierten Formaten. Formate wie IPC-CFX zur Unterstützung der vertikalen Kommunikation und Hermes zur Ablösung des horizontalen Kommunikationsstandards sind Entwicklungen, die eine solche Verbindung ermöglichen. Auch so genannte Mid-Layer-Provider, die eine Lösung liefern, die verschiedene Geräte in der Fabrik mit den MES/ERP-Systemen verbindet (anstelle einer direkten Verbindung), machen das Leben leichter.
Mek, als Anbieter sowohl von 3D-SPI- als auch 3D-AOI-Systemen, verfügt über eine proprietäre Lösung, die als FIBER-System bezeichnet wird und die SPI und AOI für die Schnellverfolgung und Fehlerursachenanalyse verbindet. Das FIBER-System liefert auch Rückmeldungen an Siebdrucker und P&P-Systeme. Es ist bereits mit dem ELS-Format, der japanischen Version von Hermes, kompatibel.
Erfahren Sie mehr über das ISO-Spector M2 Full 3D AOI System