Beleuchtung für Maschinelles Sehen bei der Elektronik- und Leiterplatteninspektion
- Sehr kleine Strukturmerkmale und dichte Bauteilanordnungen bei hoher Vergrößerung.
- Stark reflektierende Lötstellen, die eine kontrollierte, diffuse Beleuchtung erfordern.
- Aufgaben von der Bestückung mit Bauteilen bis hin zur Prüfung von Lötstellen, Leiterbahnen und Markierungen.
- Je nach Art des Defekts werden diffuse, koaxiale und Flachwinkelverfahren ausgewählt.
- Jeder Anwendungshinweis enthält einen Link zu den entsprechenden RODER-Produkt- und Technologieseiten.
Die Elektronikfertigung erfordert die präziseste visuelle Prüfung aller Branchen. Auf Leiterplatten finden winzige Details, reflektierende Lötstellen und sehr dichte Bauteilanordnungen zusammen. Zudem vereinen die Materialien auf einer Oberfläche matte Siebdruckbeschriftungen, glänzendes Metall und dunklen Kunststoff. Daher lässt sich kaum jede Aufgabe mit einer einzigen Beleuchtungsgeometrie lösen. Dieser Branchen-Hub stellt die Inspektionsherausforderungen in der Elektronik- und Leiterplattenfertigung vor. Zudem verknüpft er jeden Anwendungshinweis mit der empfohlenen Technik und den passenden Roder Vision-Produkten.
Warum die Prüfung von Elektronikprodukten anspruchsvoll ist
Die Größe stellt die erste Herausforderung dar. Bauteile wie 01005-Chips und Feinabstandsanschlüsse sind extrem klein. Folglich arbeitet das System mit hoher Vergrößerung und geringer Schärfentiefe. Daher ist eine gleichmäßige und helle Ausleuchtung für scharfe Bilder unerlässlich.
Die Reflektivität stellt die zweite Schwierigkeit dar. Lötstellen verhalten sich wie gekrümmte Spiegel, sodass direktes Licht grelle Reflexe erzeugt. Im Gegensatz dazu hüllt ein Diffusor die Lötstelle in gleichmäßiges Licht und bringt ihre wahre Form zum Vorschein. Daher dominieren diffuse Geometrien bei der Lötstellenprüfung.
Der Kontrast stellt die dritte Schwierigkeit dar. Aufgedruckte Markierungen auf schwarzen ICs bieten nahezu keinen natürlichen Kontrast. Durch flach einfallendes oder gerichtet einfallendes Licht wird jedoch das Relief lasergravierter Zeichen hervorgehoben. Zudem kann die richtige Wellenlänge ein Merkmal vom Hintergrund abheben.
Die Materialvielfalt stellt die vierte Schwierigkeit dar. Auf einer einzigen Leiterplatte finden sich matte Lötmasken, glänzende Pads, dunkler Kunststoff und helle Anschlüsse. Da jedes Material das Licht unterschiedlich reflektiert, kann eine einzige Lichtquelle selten alle Bereiche zufriedenstellend ausleuchten. Daher kombinieren Systemintegratoren häufig verschiedene Geometrien oder nehmen mehrere Bilder unter unterschiedlichen Lichtverhältnissen auf. Infolgedessen hat sich die Mehrfachaufnahme bei der Elektronikprüfung durchgesetzt.
Die wichtigsten Inspektionsaufgaben
Dieser Bereich umfasst mehrere wiederkehrende Aufgaben. Zunächst werden bei der Bauteilplatzierung Vorhandensein, Position, Polarität und Ausrichtung vor dem Reflow-Löten überprüft. Anschließend werden bei der Lötstellenprüfung die Form der Lötperlen, Brückenbildung, Lötmittelmangel und Tombstoning untersucht. Darüber hinaus werden bei der Leiterbahnprüfung Unterbrechungen, Kurzschlüsse und Ätzfehler auf unbestückten Leiterplatten festgestellt.
Ebenso wichtig ist die Kennzeichenprüfung. Hier überprüfen OCR- und OCV-Verfahren die Teilenummern, Datumscodes und Logos auf den integrierten Schaltkreisen. Darüber hinaus werden bei der Steckverbinder- und Pin-Prüfung vor der Montage die Koplanarität und verbogene Anschlüsse überprüft. Schließlich wird bei der Konformbeschichtungsprüfung unter geeigneter Beleuchtung sichergestellt, dass die Beschichtung vollständig und fehlerfrei aufgebracht ist.
Empfohlene Beleuchtungstechniken
Jede Aufgabe ist einer bestimmten Geometrie zugeordnet. Bei Lötstellen und glänzenden Bauteilen unterdrücken Kuppel- und Diffusor-Beleuchtung Reflexionen und zeigen die Form der Verrundungen. Auf flachen Leiterplatten sowie beim Code-Lesen sorgt ein Ringlicht für einen gleichmäßigen, ausrichtungsunabhängigen Kontrast. Um geätzte Markierungen und die Koplanarität sichtbar zu machen, heben Flachwinkel- und Dunkelfeldbeleuchtung das Oberflächenrelief hervor.
Die Wellenlänge bietet eine weitere Gestaltungsmöglichkeit. So erhöht beispielsweise rotes Licht den Kontrast auf einer grünen Lötmaske, da diese das Licht stark absorbiert. Im Gegensatz dazu eignet sich blaues oder weißes Licht besser für helle Metalle und Siebdrucke. Darüber hinaus ermöglicht die RGB- oder Multi-Shot-Beleuchtung die Unterscheidung farbcodierter Merkmale an einer einzigen Station.
Auch auf schnellen Fertigungslinien spielt das Timing eine wichtige Rolle. Da Bestückungsautomaten sich schnell bewegen, arbeitet die Beleuchtung häufig im Stroboskop- oder Impulsmodus. Dadurch werden Bewegungen eingefroren und feinste Details scharf dargestellt. Zudem verhindert ein stabiler Stromtreiber Helligkeitsschwankungen zwischen den Leiterplatten.
Besondere Erwähnung verdient die Koaxialbeleuchtung. Wenn Pads oder Leiterrahmen flach und spiegelglatt sind, wird das Licht auf der Achse direkt zur Kamera zurückgestrahlt. Daher erscheinen die flachen Bereiche hell, während Oberflächenfehler dunkel wirken. Darüber hinaus ermöglicht dieser Ansatz das Auslesen von eingravierten Data-Matrix-Codes auf glänzendem Metall. Somit ergänzt die koaxiale Geometrie die Dombeleuchtung bei spiegelnden elektronischen Oberflächen.
Empfohlene VISIOTRONIX-Beleuchtungen
Vier Beleuchtungsserien decken die meisten Prüfaufgaben in Elektronik und Leiterplattenfertigung ab. Die folgende Tabelle verweist auf die jeweilige Produktseite und nennt die Aufgabe, die die Serie in der Linie übernimmt.
| Serie | Beleuchtungsfamilie | Typischer Einsatz | |
|---|---|---|---|
 | FD2-Serie | LED-Flat-Dome-Beleuchtungen | Diffuses Licht, das Reflexionen auf Lötstellen und metallisierten Pads unterdrückt |
 | DC6-Serie | LED-Ringbeleuchtungen | Gleichmäßiges Licht rund um das Objektiv zur Prüfung von Bauteilanwesenheit und -platzierung |
 | DC2-Serie | LED-Ringbeleuchtungen | Flachwinkliges Licht, das Beschriftungen, Leiterbahnen und die Koplanarität der Anschlüsse hervorhebt |
 | DL6-Serie | LED-Flächenbeleuchtungen | Gleichmäßiges Direktlicht über die gesamte Leiterplatte für allgemeine Prüfstationen |
Bei den meisten Aufgaben im Elektronikbereich kommt eine überschaubare Auswahl an Beleuchtungseinheiten zum Einsatz. Für Lötstellen und glänzende Bauteile wählen Sie LED-Flachkuppel-Beleuchtungseinheiten. Auf flachen Leiterplatten sowie beim Code-Lesen verwenden Sie LED-Ringbeleuchtungseinheiten. Um Richtungsmarkierungen und Koplanarität hervorzuheben, sollten Sie LED-Balkenbeleuchtungseinheiten oder fokussierte LED-Punktbeleuchtungseinheiten in Betracht ziehen.
Sind Leiterplatten transluzent oder müssen Anschlüsse vermessen werden, liefern LED-Durchlichtbeleuchtungen eine saubere Silhouette. Über die Katalogoptionen hinaus bietet VISIOTRONIX technische Unterstützung für OEM-Integration und Sondergeometrien. In der Praxis macht die richtige Kombination aus Streuung, Winkel und Wellenlänge aus einer dicht bestückten Leiterplatte ein klares Bild. Gehen Sie daher von der Applikationsschrift aus, die zu Ihrer Aufgabe passt, und folgen Sie anschließend den Links zu den Technologie- und Produktseiten.
Automatische Optische Inspektion und Rückverfolgbarkeit
Die automatische Optische Inspektion bildet die Grundlage für die Qualität moderner Elektronik. Daher muss die Beleuchtung von Leiterplatte zu Leiterplatte absolut reproduzierbar sein. Andernfalls führen bereits geringfügige Helligkeitsschwankungen zu einer Verschiebung des gemessenen Lötbereichs. Aus diesem Grund ist eine stromstabilisierte Beleuchtung eine Grundvoraussetzung.
Die Rückverfolgbarkeit rundet das Bild ab. Jede Leiterplatte ist mit einem Code versehen, der sie mit ihren Produktionsdaten verknüpft. Daher hängen eine zuverlässige Kennzeichnung und das Code-Lesen von kontrolliertem, blendfreiem Licht ab. Folglich dienen dieselben Beleuchtungsprinzipien sowohl der Fehlererkennung als auch der lückenlosen Rückverfolgbarkeit. Kurz gesagt: Diese Drehscheibe ist der Ausgangspunkt für Ingenieure, die unbestückte Leiterplatten, bestückte Baugruppen und fertige Elektronikmodule beleuchten.
Anwendungshinweise für Elektronik und Leiterplatten
Die folgenden Anwendungshinweise beschreiben konkrete Prüfungen im Elektronikbereich. In jedem Fall erläutert der Hinweis das Problem, die empfohlene Beleuchtung sowie die entsprechenden RODER-Produkte.
Komponentenplatzierung
Eine präzise LED-Beleuchtung dient als Orientierungshilfe für SMD-Bestückungsroboter. Daher werden Ringleuchten, Hintergrundbeleuchtungen und Lichtquellen mit flachem Einfallswinkel eingesetzt, um eine zuverlässige Bestückungskontrolle zu gewährleisten.
Leiterplatteninspektion, Lötstellen und Leiterbahnen
Durch kontrolliertes LED-Licht werden Lötstellen, Bauteile und Leiterbahnen sichtbar gemacht. Auf diese Weise überprüft das System Lötnähte, Durchgang und IC-Kennzeichnung mit hoher Genauigkeit.
Häufig gestellte Fragen
Eine diffuse Dombeleuchtung ist in der Regel die beste Wahl für Lötstellen. Da die Lötstellen gewölbt und glänzend sind, hüllt die Dombeleuchtung sie in gleichmäßiges Licht. Dadurch wird die Form der Lötnaht sichtbar, ohne dass es zu grellen Reflexionen kommt.
Schwarze Verpackungen bieten bei flachem Licht nur sehr wenig Kontrast. Bei seitlichem oder gerichtetem Lichteinfall wird das Relief der eingeprägten Zeichen jedoch verstärkt. Dadurch hebt sich die Kennzeichnung deutlich ab, und OCR (Optische Zeichenerkennung) bzw. OCV (Optische Zeichenverifikation) werden zuverlässig.
Rotes Licht erhöht den Kontrast auf einer grünen Lötmaske, da diese das rote Licht stark absorbiert. Im Gegensatz dazu eignet sich blaues oder weißes Licht besser für helle Metalle und Siebdrucke. Daher wird die Wellenlänge entsprechend der Zielfarbe ausgewählt.
Bei der automatischen Optischen Inspektion wird jede Leiterplatte mit festgelegten Schwellenwerten verglichen. Folglich führt jede Helligkeitsabweichung zu einer Verschiebung der gemessenen Lötfläche oder des Kontrasts. Aus diesem Grund gewährleistet eine stromstabilisierte, flimmerfreie Beleuchtung, dass die Ergebnisse von Leiterplatte zu Leiterplatte reproduzierbar bleiben.
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