Ein Kamera-Inspektionssystem verhilft zu einer zuverlässigen PCB-Bestückung.

Bild: Stemmer Imaging

Platinenbestückung in der Automobilbranche Fehlerfreie Abläufe durch geschlossenes Kamerasystem

28.01.2019

Ein neuer Ansatz zur Überprüfung von Montageprozessen bei der manuellen Leiterplattenbestückung hat bei einem Hersteller von Platinen für Auto-Audiosysteme für einen deutlichen Qualitätssprung gesorgt. Ein in sich geschlossenes Kamerasystem sorgt für eine fehlerfreie Bestückung von Platinen mit fast 50 Komponenten, bevor diese weiterverarbeitet werden.

Obwohl die meisten Fertigungsprozesse mittlerweile automatisiert ablaufen, gibt es immer noch eine große Anzahl von Komponenten, die eine manuelle Montage erfordern. Diese lassen sich zwar nach dem Montageprozess mit einem Bildverarbeitungssystem auf Vollständigkeit und andere Qualitätskriterien überprüfen, jedoch können festgestellte Fehler zu zeitaufwendigen und kostspieligen Nacharbeiten oder gar zum vollständigen Ausschuss des Werkstücks führen.

Ein neues, in sich geschlossenes Kamera-Inspektionssystem von Ricoh, das in Europa exklusiv bei Stemmer Imaging erhältlich ist, bietet einen anderen Ansatz: Hier wird industrielle Bildverarbeitung bereits während des Montageprozesses eingesetzt. So soll sichergestellt werden, dass jeder einzelne Arbeitsschritt korrekt und vollständig ausgeführt wird, bevor der nächste erfolgt. Der gesamte Arbeitsablauf wird automatisch mit unterschiedlichen Bildverarbeitungstechniken überprüft.

Schritt für Schritt zuverlässig montieren

Die SC10 von Ricoh ist eine sogenannte Human-Assistance-Kamera. Sie kombiniert eine Kamera mit einem 1/3-Zoll-Farb-CMOS-Sensor, Bilderkennungssoftware und Steuerung in einem kompakten, eigenständigen System und hilft Anwendern, manuelle Montageprozesse zu analysieren und fehlerfrei auszuführen. Eine Reihe von Arbeitsanweisungen kann in die Kamera geladen und auf einem Monitor angezeigt werden, während die Kamera das Werkstück scannt. Ein PC ist nicht erforderlich.

Der Mitarbeiter befolgt die Montageanweisungen auf dem Bildschirm, während das System die Arbeitsschritte mit der gespeicherten Vorlage vergleicht und den nächsten Arbeitsschritt erst frei gibt, wenn der vorherige korrekt ausgeführt wurde. War ein Arbeitsschritt unvollständig oder fehlerhaft, wird dies dem Anwender angezeigt, damit er den Fehler korrigieren kann. Bei korrekter Ausführung kann mit der nächsten Arbeitsanweisung fortgefahren werden.

Jeder abgeschlossene und überprüfte Schritt wird in einer CSV-Datei gespeichert, der entsprechende Zeitaufwand protokolliert sowie optionale Inspektionsaufnahmen aufgezeichnet. Somit lässt sich das System auch für Analysen von Montageprozessen und zur Rückverfolgung einsetzen. Außerdem ist es in der Lage, Zeichenfolgen zu erkennen und zu überprüfen.

Über eine Tastatur oder einen Barcode-Leser lassen sich Angaben zu Teile- oder Seriennummern sowie Benutzer-IDs machen. Die erfassten Daten können auch zur Rückverfolgung eingesetzt werden. So werden wahlweise Seriennummern der Montageteile erfasst und protokolliert. Das Kamerasystem ist mit zwei verschiedenen Vergrößerungen erhältlich, womit sich die meisten Montagearbeiten bewältigen lassen.

Muster, Farben und Texturen prüfen

Das Kamerasystem beinhaltet eine Bildverarbeitungssoftware zur Erkennung und Prüfung von Mustern, Farben und Texturen. Das Mustererkennungstool ist eines der wichtigsten Werkzeuge der SC-10 und deckt die meisten Anwendungen ab. Beispiele sind unter anderem:

  • Überprüfung auf korrekte Ausrichtung von Steckverbindungen

  • Etikettenprüfung

  • Prüfen auf korrekte Verpackungsgrößen

Die Kombination von Mustererkennung und Prozesssteuerung beziehungsweise Sequenzierung steigert die Leistungsfähigkeit des Kamerasystems noch weiter. Es ist in der Lage, die korrekte Ausführung ganzer Montageabläufe sicherzustellen. Beispiele dafür umfassen

  • das Vorhandensein und die korrekte Ausrichtung eines Teils, das zu einem späteren Zeitpunkt im Montageprozess verdeckt wird sowie

  • die Sicherstellung der Stabilität von Komponenten, beispielsweise durch Überprüfung der verwendeten Schrauben auf korrekte Reihenfolge und Fixierung.

Das Farberkennungswerkzeug ist besonders nützlich für Baugruppen, bei denen verschiedene Teile spezielle Farben haben. Sicherungskästen sind ein sehr gutes Beispiel dafür: Hier zeigt die Farbe die Stromstärke der verschiedenen Teile an, die sich ansonsten weder in Form noch in Größe unterscheiden.

Platinenbestückung in Auto-Systemen

Die zu prüfenden Leiterplatten enthalten eine Reihe verschiedener Komponenten wie Relais, Kondensatoren und Spulen, die mehr als 50 Sichtkontrollen erfordern, um sicherzustellen, dass alle Teile vorhanden und korrekt positioniert sind. Diese große Anzahl an Kontrollen stellt hohe Anforderungen an die Mitarbeiter, sodass häufig Fehler gemacht werden und unvollständige Leiterplatten in die nächste Fertigungsstufe gelangen.

Die Einführung des SC10 hat laut Hersteller hier einen deutlichen Qualitätssprung möglich gemacht. Für diese Anwendung ist die Version mit höherer Vergrößerung im Einsatz, was die Inspektion der kleinen Komponenten auf den Platinen erleichtert. Neben der Überprüfung der korrekten Montage ist es möglich, den Status von Jumpern und DIP-Schaltern zu überprüfen. Das System führt fast 50 Prüfungen in rund fünf Sekunden durch, was auch die Arbeitseffizienz deutlich gesteigert hat.

Neben der Vermeidung von Fehlern in der Fertigung kann das System dem Mitarbeiter auch helfen, neue Aufgaben zu bewältigen. Denn er kann die Anweisungen Schritt für Schritt befolgen und sofort sehen, ob er etwas falsch macht. Die Arbeitsanweisungen sind auf die jeweilige Aufgabe abgestimmt und werden entweder lokal von einer SD-Karte oder über das interne Netzwerk (ein Ethernet-Anschluss ist vorhanden) in die Kamera geladen. Die Dateien mit Arbeitsanweisungen lassen sich zudem in verschiedenen Sprachen erstellen, sodass auch multinationale Arbeitsteams davon profitieren.

Bildergalerie

  • Die Human-Assistance-Kamera SC-10.

    Bild: Stemmer Imaging

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