Die Automatische Optische Inspektion

Optische Prüfverfahren existieren seitdem elektrische Baugruppen getestet werden. Sie dienen der Kontrolle der sichtbaren Qualitätsmerkmale einer Baugruppe – oder anders gesagt: wurde eine Baugruppe korrekt bestückt und gelötet. Ursprünglich, und auch heute noch angewendet, wurde die Manuelle Optische Inspektion (MOI) zur Sichtkontrolle genutzt. Dabei wird mit dem bloßen Auge oder mithilfe eines Mikroskops der Prüfling kontrolliert und ggf. mit einem „Golden Board“ verglichen, also einem Referenz-Gutmuster der zu fertigenden Baugruppe. Die Grenzen dieses Prüfverfahrens sind offensichtlich: die Beurteilung eines Qualitätsmerkmals hängt stark von der Verfassung der Prüfperson ab. Zudem neigt der Mensch dazu, Trends zu folgen und seine Beurteilung abhängig von den zuletzt getesteten Baugruppen zu machen. Größter Nachteil jedoch ist die langsame Geschwindigkeit und rasche Ermüdung beim Prüfen.

Die Automatische Optische Inspektion (AOI) setzt an diesem Punkt an. Eine Maschine übernimmt die Aufgabe der Qualitätsbewertung durch eine digitale Aufnahme eines Bildes der zu prüfenden Baugruppe. Anschließend werden diese Bilder über Softwarealgorithmen bewertet. All das geschieht in hoher Geschwindigkeit mit zuverlässigen und reproduzierbaren Ergebnissen.

Funktion eines AOI-Systems

Ein System aus einer oder mehreren Kameras

AOI-Systeme ähneln sich grundsätzlich in ihrer Funktionsweise. Ein System aus einer oder mehreren Kameras wird scannend oder im sogenannten Stop-and-Go-Verfahren in X-Y-Richtung über die Baugruppe bewegt. Dabei wird die Kamera präzise an einer Stelle positioniert. Bei Achsstillstand werden mithilfe von Beleuchtungssystemen Bilder der Szene aufgenommen. Man unterscheidet zwischen orthogonaler und Schrägblick-Optik, wobei häufig auch Kombinationen von Kameras zum Einsatz kommen. Die Verarbeitung und Auswertung der aufgenommenen Bilder erfolgt in der Systemsoftware eines automatischen optischen Inspektionssystems. Diese Software baut auf zahlreichen komplexen Bildverarbeitungs-Algorithmen auf, welche die Aufgabe haben, definierte Prüfmerkmale so realitätsnah wie möglich als „gut“ oder „schlecht“ zu bewerten.

Mit 3D AOI die Qualität von Lötstellen und Bauteilen noch sicherer bewerten

Mit steigender Komplexität der Baugruppen, zunehmender Miniaturisierung der Komponenten und wachsenden Anforderungen an sinkende Pseudofehlerraten hat sich 3D AOI in den vergangenen Jahren zum Standard entwickelt. Dabei geht es darum, noch sicherere Aussagen in Bezug auf die Realität der Qualität von Lötstellen, Bauteilen etc. zu treffen. Wird bei einem reinen 2D-Bild nur ein Farbwert ermittelt, so erhält man bei 3D neben X- und Y-Werten zusätzliche wertvolle Höheninformationen. Damit lassen sich physikalische Parameter interpretieren. Eine Kombination von 2D, 3D und bspw. Schrägblick erhöht die Sicherheit der Bewertung von Prüfmerkmalen zusätzlich.

AOI-Systeme von GÖPEL electronic


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Automatische Optische Inspektionssysteme in der Elektronikfertigung

AOI-Systeme existieren üblicherweise als Stand-Alone-Systeme oder Inline-Systeme. Stand-Alone- oder Offline-Systeme werden abseits der Fertigungslinie als sogenannte „Insellösung“ betrieben. Durch die manuelle Zufuhr der Baugruppen eignen sich diese flexiblen Systeme vor allem für kleine und mittlere Produktionsmengen.  Am weitesten verbreitet sind jedoch Inline-AOI-Systeme, da sie als fester Bestandteil in Elektronik-Fertigungslinien und Produktionsstraßen nahtlos eingefügt werden können. Die Zuführung der Baugruppe erfolgt über ein Bandmodul im fließenden Übergang zu vor- und nachgelagerten Automaten des SMD-Prozesses. Inline-AOI-Systeme verfügen zudem über Schnittstellen, um mit anderen Systemen und übergelagerten Prozessleitsystemen (MES-System) zu kommunizieren.

AOI-Systeme sind heute Standard in nahezu jeder Elektronikfertigung. Ganz ohne Adapter oder prüflingsspezifische Anbauten kann die Fertigungsqualität einer Baugruppe direkt festgestellt werden. Durch benutzerfreundliche Software lassen sich die Systeme zudem einfach bedienen und programmieren. Sämtliche Prüfmerkmale werden mit gleichbleibender Zuverlässigkeit geprüft. Durch Protokollierung von Messwerten und Prüfergebnissen ist zudem eine fundierte statistische Analyse als Basis für Prozessoptimierung möglich. Mit dieser Möglichkeit können Elektronikfertiger die Zahl der fehlerhaft produzierten Baugruppen fortlaufend senken.