English | Andere Sprachen

Vision Inspection mit hoher Präzision und Geschwindigkeit für Leiterplatten
Von Sarah Sookman, Matrox Imaging
Es ist bekannt, dass Elektronikhersteller Prüfsysteme der industriellen Bildverarbeitung im Fertigungsprozess einsetzen. Das Erkennen von fehlerhaften Teilen vor der Auslieferung zum Kunden verbessert die Produktqualität und spart Zeit und Kosten.
Die Firma Process Photonics aus Ottawa stellt Verarbeitungssysteme für den Leiterplattenmarkt, die Fertigung von elektronischen Bauteilen und medizinischen Geräten her. Die Produkte der Serie ProVision™ prüfen mittels Bildverarbeitung Platten und Schaltkreise auf Platten. Bill Young, Sales und Marketingdirektor bei Process Photonics erläutert, dass "das System entwickelt wurde, nachdem ein Kunde den Wunsch geäußert hatte, mehrere bestehende Inspektionsmaschinen zu ersetzen. Dieser Kunde hat ein System gewünscht, das eine deutlich höhere Auflösung und einen größeren Durchsatz sowie die Möglichkeit hat, zusätzlich zur eigentlichen Systemleistung Aufgaben der Fehlererkennung durchzuführen."
Image 1
Das System ProVision kann Platten bis zur einer Größe von 53 cm x 64 cm prüfen. Die Zuführung befindet sich rechts und die Ausgabe links.
Das System ProVision verbindet die Verarbeitung von Bildern mit dem automatisierten Materialtransport einer Großserienproduktion. ProVision erfasst Bilder mit mehreren parallel arbeitenden Kameras und einer Auflösung von über 5 Mikron und führt mittels implementierter Algorithmen hochpräzise und akkurate Messungen aus. Die Maschine kann Bilder in Echtzeit erfassen, verarbeiten und mehrere Parameter des Objektes analysieren - mit einer Rate von über 60 Teilen pro Sekunde, wobei eine höhere Auflösung und ein noch größerer Durchsatz eingestellt werden können.
Image 2
Das System
Die Komponenten von ProVision sind:
Motionstage PPI Linear XY
5 Kameras Dalsa Piranha HS-40-04k40
3 Visionprozessorkarten Matrox Odyssey XCL
Schneider-Linsen
5 CCS UV LEDs, gesteuert durch einem Gardasoft Vision PP861 LED Lighting Controller
Kalibrierungskarten USAF 1951
eine automatische Bestückungseinrichtung, die die Platten auf einen Vakuumtisch legt
ein WAGO Ethernet IO Controller
ein Barcodescanner von Datalogic
eine Aerotech Bewegungssteuerung
Über der Platte sind medizinische Sensoren in 20 Spalten und 40 Reihen angeordnet. Die fünf bidirektionalen TDI-Line-Scan-Kameras wurden im Abstand von je 4 Spalten montiert. Die Platte wird in 4 Arbeitsgängen gescannt, mit der ersten Kamera die Spalten 1, 2, 3, 4, mit der zweiten Kamera die Spalten 5, 6, 7, 8 usw. Die Spalten mit ungerader Zahl werden von oben nach unten und die geradzahligen von unten nach oben gescannt. Die drei Visionprozessoren Matrox Odyssey XCL sind mit den Kameras 1 und 2, 3 und 4 und Kamera 5 verbunden. An der Y-Achse der Platte gibt ein Drehwinkelgeber über einen spezifischen Schaltkreis ein Quadratursignal, das jeden Matrox Odyssey XCL alle 5,1mm für die Erfassung einer Reihe auslöst.
Zu Beginn des ersten Scans lokalisiert jede Kamera eine Referenzmarkierung und mißt die Graustufenfarben verschiedener Musterabschnitte der Platte. Die Lokalisierung der Referenzmarkierung dient der Ausrichtung des Sensors auf die zu prüfenden Bereiche. Die Graustufenmessungen werden für die Bestimmung der Digitalisierung der Schwellenwerte verwendet. Während der Verarbeitung des Bildes werden verschiedene Digitalisierungen und Teilchenanalysen ausgeführt, um das Bild auf die Messungen vorzubereiten. Für die Sicherstellung einer hohen Präzision werden beim Beginn jeder automatischen Prüfung Bilder des USAF-1951-Testmusters erfasst und gemessen. Die Verbindung der Teilchenanalyse und der Messung von Markierungen wurde eingesetzt, um die vertikalen und horizontalen Pixelskalierungsfaktoren jeder Kamera zu bestimmen.
Beim Start eines Scans erfassen die Matrox Odyssey XCL Boards kleine Einzelbilder in einen zirkulären Zwischenspeicher. Immer wenn einer dieser Zwischenspeicher voll ist, wird durch eine Call-Back-Funktion ein Teil des Bildes in einen anderen Speicher kopiert, der das gesamte Bild der Platte speichern kann und die zu prüfenden Bereiche. Wenn ausreichend Bilddaten erfasst wurden, wird der Sensor durch einen Thread neu ausgerichtet.
Image 3
Eine Leiterplatte befindet sich auf dem Vakuumtisch, vor den fünf Kameras und den LED-Lichtquellen.
Das erfasste Bild kann für weitere Ansichten gespeichert werden. Der Operator kann aber auch festlegen, ob alle Sensorbilder oder nur die, die den Test nicht bestanden haben, gespeichert werden.
Die größte Herausforderung für die Entwurfsingenieure war die Erfassung und Verarbeitung großer Datenmengen ohne Overhead. "Die Ingenieure gingen davon aus, dass eine parallele Struktur der richtige Weg ist, das heißt, eine parallele Bilderfassung und Verarbeitung der Daten durch die Matrox Odyssey XCL Boards" sagt Young. Process Photonics mußte auch mehrere TDI-Line-Scan-Kameras mit der Bewegung der Teile synchronisieren, während die Matrox Odyssey XCL die Bilder jeder Kamera verarbeitet. Die Bilddaten werden durch das Matrox Odyssey Board erfasst und bearbeitet, ohne dass sie über den PCI-Bus zum PC übertragen werden müssen.
Mordechai Brodt, Senior Softwareingenieur bei Process Photonics, erläutert, dass die für die Bilder zuständige Software einen Mix aus Matrox Imaging Library (MIL) und ActiveMIL (Active X controls) verwendet. Das Benutzerinterface wurde in C# geschrieben und die Routinen für die Bildanalyse in C. Der C-Code verwendet MIL-Threads, um die Bildverarbeitungsaufgaben auf die Matrox Odyssey PowerPC Prozessoren aufzuteilen. ActiveMIL wurde hauptsächlich verwendet, um die Matrox Odyssey Boards, Bildpuffer etc. zuzuweisen und zu konfigurieren.
Warum Matrox?
Process Photonics hatte schon bei früheren Entwicklungen Erfolg mit Produkten von Matrox Imaging. "Die Kameras generieren umfangreiche Bilddaten, so dass wir die [Matrox] Odyssey XCL dafür vorgesehen haben, die Verarbeitungsaufgaben über den Host-PC zu verringern." sagt Brodt. "Da die gesamte Bilderfassung und Verarbeitung über [Matrox] Odyssey XCL erfolgt, koordiniert der Host nur die Aufgaben und fragt die errechneten Meßdaten ab." Die Matrox Odyssey XCL erleichtert die Skalierbarkeit. "Mit zehn an 5 Matrox Odyssey Boards angeschlossenen Kameras können wir die Verarbeitungsmenge verdoppeln, und wir können das ohne wesentliche Belastung des Host-PC. Außerdem sind wir durch die Verwendung von MIL als Schnittstelle zur Matrox Odyssey XCL auch bei zukünftiger Hardware sehr flexibel."
Eine einzigartige Lösung
Die Vorteile von ProVision sind die hohe Präzision und die Möglichkeit, Bilder bei Prozessen mit einem umfangreichen Datendurchsatz zu analysieren. Darüber hinaus ist es ein einzigartiges kompaktes System mit geringen Abmessungen, das über eine hochpräzise X-Y-Bewegungssteuerung, selbstjustierende Kameras sowie eine automatische Steuerung für Bestückung und Ausschuss verfügt. Das lichtundurchlässige Gehäuse und die Sicherheitsschließung von ProVision entsprechen den CE- und FDA CDRH-Normen, die beim Einsatz von hochintensiver UV-Beleuchtung beachtet werden müssen. "Die Gesamtheit aller dieser Merkmale findet man bei anderen Produkten nicht," sagt Young. Er erläutert, dass das Team aufgrund der Erfahrungen von Process Photonics mit laserbasierten Zerspanungssystemen in der Lage war, ein Gerät zu entwickeln, dass die CE- und CDRH-Normen erfüllt.
Zum Zeitpunkt, als dieser Artikel geschrieben wurde, wurden zwei Maschinen an eine amerikanische Produktionsstätte eines weltweiten Herstellers von medizinischen Geräten geliefert. Diese Einheiten wurden im Januar 2008 in den Produktionsprozess eingebunden. Young sagt, dass Process Photonics plant, die Bildanalysefähigkeiten des Systems ProVision zu erweitern, damit sowohl Fehler von Leiterplatten (PCB) als auch gelaserten Präzisionsbohrungen von Leiterplatten geprüft werden können.
Weitere Informationen erhalten Sie von:
Bill Young, Sales- und Marketingdirektor
byoung@processphotonics.com
www.processphotonics.com.
Anfang
Übersicht Kontaktaufnahme Rechtliches E-mail Matrox