AOI, SPI, czy inspekcja UV, czyli w co zainwestować?

Przed pytaniem "w co zainwestować?" staje każdy producent elektroniki, niezależnie od skali realizowanej produkcji czy liczby kupowanych maszyn. Jeżeli wziąć pod uwagę fakt, że większość firm produkujących elektronikę w Polsce to producenci kontraktowi, oczekujący maksymalnej elastyczności oraz wydajności działania, odwieczny problem wyboru robi się jeszcze bardziej złożony.

Rozwiązaniem wielu dylematów może być konstrukcja systemu inspekcji AOI firmy Juki, która oferuje w standardowej konfiguracji pełnowymiarową inspekcję pasty lutowniczej w trzech wymiarach (3D SPI) jednocześnie z inspekcją AOI pakietów PCBA. Cennym dodatkiem jest tutaj ponadto oświetlenie UV, umożliwiające także ocenę jakości procesu lakierowania, bez zmniejszania w żadnym stopniu pozostałej funkcjonalności urządzenia.

Bezkompromisowa konstrukcja

Rys. 1. Inspekcja w produkcji elektroniki

Juki RV-2 jest typowym przedstawicielem bezkompromisowej japońskiej myśli konstrukcyjnej, gdzie każdy element jest dobrany z należytą starannością a następnie za pomocą oprogramowania udoskonalony do granic możliwości. Przykładem może być tutaj obiektyw telecentryczny oraz 4-megapikselowa kamera rejestrująca obraz z prędkością 160 klatek na sekundę.

Pracę tego zespołu optycznego uzupełnia wielosegmentowy oświetlacz, który działa przy inspekcji pasty lutowniczej (SPI) oraz pakietów PCBA (AOI). Pod względem konstrukcji mechanicznej konstrukcja opiera się na sprawdzonych rozwiązaniach z urządzeń pick & place firmy Juki.

Metoda fotometryczna do inspekcji pasty

Rys. 2. Metoda fotometryczna w tworzeniu obrazu 3D

W większości dostępnych rozwiązań trójwymiarowej inspekcji pasty lutowniczej reprodukcja obrazu 3D następuje z wykorzystaniem promieniowania lasera czy też prążków Moire’a. Analizując dostępne informacje, reklamy nowych urządzeń, to, co mówią przedstawiciele handlowi oraz przeglądając tematy poruszane na seminariach, można dojść do wniosku, że poza podanymi metodami nie istnieją inne wiarygodne metody obrazowania depozytów pasty lutowniczej w trzech wymiarach.

Podane metody są niełatwe w implementacji, gdy konieczne jest uzyskanie wysokiej dokładności, co przekłada się na cenę końcową urządzenia, a to z kolei na małą popularność systemów SPI w Polsce. Warto wiedzieć, że jest dla nich alternatywa - to metody stereoskopowa albo fotometryczna. Pierwsza z nich działa analogicznie do ludzkich oczu, a więc wymaga użycia minimum dwóch kamer patrzących na obiekt pod różnymi kątami.

Jest to metoda najprostsza w założeniach, ale w praktyce także trudna w realizacji. Ponadto akwizycja obrazu w tym przypadku trwa długo, co sprawia wiele problemów w dostosowaniu jej do cyklu operacji w typowej produkcji SMT. Dopiero metoda fotometryczna wydaje się tutaj złotym środkiem, gdyż oferuje wysoką dokładność analizy obrazu i rozpoznawanie szczegółów o wielkości rzędu 1 μm, szybki proces inspekcji oraz rozsądną cenę implementacji w urządzeniu. Reprodukcja obrazu w trzech wymiarach następuje poprzez obróbkę zobrazowania powstałego po oświetleniu przedmiotu z ośmiu kierunków.

Metoda fotometryczna ma wiele zalet, niemniej są one najbardziej widoczne w przypadku inspekcji pasty lutowniczej. W systemach AOI nie może być wykorzystana z powodu wysokiego efektu cieniowania, a więc trudności w ocenie wysokich obiektów. Prawdopodobnie dlatego jest mało znana w przemyśle elektronicznym.

Inspekcja AOI

Rys. 3. Jakość zobrazowania zapewniana przez RV-2

Aby zapewnić dobre parametry kontrolne w obu przypadkach urządzenie Juki RV-2 do inspekcji procesu montażu komponentów elektronicznych, przed lutowaniem albo po tym procesie, wykorzystuje wspólne oświetlenie fotometryczne używane przy SPI i dodatkowo oświetlenie współosiowe.

Możliwości takiego tandemu najlepiej ilustrują obrazy z kamery urządzenia prezentujące napisy na elementach zebrane przy użyciu systemu rozpoznawania tekstu OCR, zdjęcia lustrzanych komponentów czy obrazy połączeń lutowniczych o małej wysokości. Są to wszystko przypadki problematyczne z uwagi na płaskość powierzchni zarówno dla systemów inspekcji 2D, jak i 3D.

Oprogramowanie

Rys. 4. Płytka w oświetleniu normalnym i po prawej w świetle UV

Nawet najlepszy system akwizycji obrazu nie jest w stanie działać bez zaawansowanego oprogramowania, które musi być proste i intuicyjne i gwarantować nieograniczone możliwości edycji algorytmów rozpoznawania. W urządzeniu Juki RV-2 ma ono trzypoziomową strukturę analizy. Pierwszy opiera się na przygotowanych wzorcach, które są tworzone automatycznie jedynie po zaznaczeniu obudowy komponentu.

Na takim etapie czas programowania analizy komponentu zajmuje dosłownie kilka sekund. Drugi poziom pozwala na edycję podstawowych parametrów każdego elementu, co pozwala dostosować program do specyficznych wymagań jakościowych w danym przypadku. Najbardziej zaawansowany poziom trzeci, tzw. process mode, umożliwia użytkownikowi niemal nieograniczone możliwości edycji algorytmów inspekcji poprzez stworzenie krok po kroku reguł. Limitem przeważnie w tym miejscu jest wyobraźnia osoby programującej urządzenie.

Dla prostych obwodów, typowych komponentów pierwsze dwa tryby są wystarczające i pozwalają na eliminację błędów w zasadzie automatycznie.

Inspekcja w oświetleniu ultrafioletowym

Rys. 5. Za dużo czy za mało lakieru?

Inspekcja procesu lakierowania płytek w świetle ultrafioletowym dostępna w ramach urządzenia AOI+SPI z pewnością jest na rynku sporą nowością i przykładem nowoczesnego podejścia do testów. Co jest warte zauważenia, taka inspekcja może być jednocześnie przeprowadzona z testami AOI. Dzięki temu niezależnie od rodzaju wykonywanej inspekcji baza obrazów wzorcowych w oprogramowaniu zawiera tylko jeden rodzaj elementu oraz wspólne warunki poprawności i jedynie od użytkownika zależy, które zostaną użyte do porównań.

Inspekcja automatyczna powłok lakierowanych w świetle UV zapewnia dobre wyniki testów (dokładność, powtarzalność, czas badania) i jednocześnie chroni obsługę przed narażeniami na opary. Nie ma też konieczności stosowania dodatkowych zabezpieczeń, aby środki chemiczne nie były absorbowane przez skórę.

Urządzenie Juki RV-2 może być wyposażone w wielosegmentowe oświetlenie UV zapewniające 3 różne kąty padania światła. Pozwala to na dotarcie do wnętrza komponentów takich jak złącza przy równoczesnej inspekcji pokrycia wyprowadzeń. Oświetlacz UV razem z kamerą jest całkowicie nieczuły na użyty kolor soldermaski płytki PCB, a jedynie reaguje na luminancję pobudzonego promieniowaniem lakieru.

RV-2 wyposażony w dodatkowe oświetlenie jest w stanie wykryć brak naniesionego lakieru bądź jego obecność w miejscach niedozwolonych (np. na polach kontaktowych), a także znaleźć pęcherze powietrza w powłoce (zależnie od ich wielkości). Programowanie odbywa się za pomocą tego samego oprogramowania, z którego korzysta się dla AOI oraz SPI oraz z użyciem tych samych ramek inspekcyjnych, które w tym przypadku zawierają dodatkowy warunek (pole) używane przy aktywnym oświetleniu UV.

Podsumowując wszystko powyższe - Juki RV-2 to bez wątpienia najbardziej elastyczna konstrukcja systemu inspekcji na rynku oferująca nadal ponadprzeciętną jakość i elastyczność pracy. Czy potrzeba więcej?

Jakub Karpowicz
PB Technik Sp. z o.o.
www.pbtechnik.com.pl