Optische Inspektion nach Maß

Optische Inspektion nach Maß

Effektive Inspektionslösung für Kleinserien ab Losgröße 1

Für die optische Überprüfung von kleinen Fertigungslosen sind Wege jenseits der AOI erforderlich. Als effektives Verfahren hat sich die Augmented Reality Inspection in Kombination mit der Sachnummern-Inspektion etabliert. Um den für die Bilderstellung anfallenden Handlingsaufwand zu automatisieren, hat die Firma proServ electronic aus Witten eine intelligente Inline-Lösung umgesetzt.    

erschienen in der Productronic 11/2017 

Kleine Fertigungslose stellen EMS-Anbieter vor sehr ähnliche Herausforderungen, wie mittlere und große Serien. Die Arbeiten im Vorfeld der Produktion sind nahezu identisch. Ein beträchtlicher zeitlicher Aufwand fließt in die Aufbereitung der Daten, die Fertigungsvorbereitung sowie in die Programmierung und Einrichtung der Produktionsmaschinen. Bezieht man den Aufwand auf eine einzelne Platine, ist die investierte Zeit je produzierte Leiterplatte bei Kleinserien deutlich größer als bei großen Serien.

Wirtschaftliche Betrachtung

Betrachtet man unter dieser Voraussetzung die optische Inspektion von Kleinserien, ergibt sich ein deutlich schlechteres Verhältnis. Obwohl der Sinn der AOI in der Automatisierung der optischen Inspektion liegt, kann sie diese Aufgabe für erstmalige Kleinserien nicht erfüllen. Zur korrekten Parametrisierung des AOI-Programms werden häufig alle Leiterplatinen der Kleinserie benötigt. Während dieser gesamten Zeit ist ein gut geschulter AOI-Bediener notwendig, um die unvermeidbaren Pseudofehler zu beheben und als Programmverbesserung einzupflegen. Bei diesem Vorgehen wird keine der Platinen wirklich „automatisch“ geprüft. Zusätzlich zu dem hohen Personal- und Zeiteinsatz während der Inspektion, ist auch die Programmerstellung an sich zeitaufwendig (vgl. Bild 4). Wird der Gesamtaufwand auf eine einzelne Leiterplatine umgerechnet, so sind die Kosten der automatischen Überprüfung je Platine einer Kleinserie sehr hoch. Häufig sind die Auftraggeber nicht bereit, diese Kosten zu tragen.

Als Alternative zur AOI wird häufig rein manuell inspiziert. Dieses Verfahren bietet wenig Sicherheit. Der Inspektionsablauf ist nicht nachvollziehbar. Eine Dokumentation der vollständigen Prüfung gibt es nicht. Von dem Prüfpersonal wird eine hohe Konzentrationsfähigkeit erwartet, die allerdings auch eine schnelle Ermüdung nach sich zieht. Notwendige Informationen zur Beurteilung der Leiterplatinen müssen aus der Dokumentation herausgesucht werden. Dieses Verfahren bietet natürlich auch für die Auftraggeber zu wenig Sicherheit.

EMS-Anbieter proServ electronic

Die Firma proServ electronic aus Witten war 2016 auf der Suche nach einem passenden System für die optische Inspektion von Kleinserien. Die vorhandene AOI konnte die gestellten Anforderungen nicht erfüllen. Ziel war es, ein Verfahren für die optische Inspektion von Kleinserien zu finden, das schnell und einfach abläuft und als Alternative zur AOI eine gewisse Automatik im Ablauf und in der Unterstützung des Bedieners bietet.

Die proServ electronic wurde 1999 gegründet und ist seitdem mit den stets hohen Anforderungen und dem Bedarf der Kunden deutlich gewachsen. 2015 erfolgte der letzte Umzug in größere Räumlichkeiten, durch den nun 1500 qm moderne Produktionsflächen zur Verfügung stehen. Die kontinuierlichen Investitionen in den Maschinenpark sichern eine hohe Flexibilität bei der Realisierung  aller Kundenanforderungen. So können problemlos alle Seriengrößen umgesetzt werden. Eine Linie steht ausschließlich zur Fertigung von Prototypen, Null- und Kleinserien zur Verfügung. Die qualifizierten Mitarbeiter arbeiten mit hohem Qualitätsbewusstsein.

Ihre Anforderungen an die optische Inspektion von Kleinserien konnte die proServ electronic in dem EFA Inspection System der Firma Lebert Software Engineering aus Hanau finden.

Effizientes Inspektionssystem für Kleinserien

Der Prozess der Programmierung erfolgt in EFA Inspection ohne großen Zeitverlust schnell und einfach. Im Durchschnitt müssen zur Programmierung 5 Minuten Zeit investiert werden. Dabei können hier alle relevanten Daten wie die Pick-und-Place-Liste, die BoM-Daten, der Bestückplan, aber auch Fertigungshinweise oder Zusatzinformationen je Bauteil integriert werden. All diese Informationen stehen während der Inspektion zielgerichtet zur Verfügung. Über die Augmented-Reality-Funktionalität lassen sich die Informationen zu dem Bild der Platine an dem gerade relevanten Bauteil einblenden. 

Um unterschiedliche Prüfaufgaben abdecken zu können, stehen vielfältige Inspektionsabläufe und Darstellungsweisen zur Verfügung. So können z.B. in der Inspektion nach Sachnummern alle Bauteile der gleichen Sachnummer zusammen angezeigt und bewertet werden (siehe Bild 3). Dabei werden die Bildausschnitte der Bauteile entsprechend des hinterlegten Drehwinkels auf null Grad zurück gedreht. Für den Prüfer bedeutet dies, dass alle Bauelemente einer Sachnummer gleich dargestellt sein müssen. „Die Flexibilität, mit der wir EFA Inspection an unseren Prozess anpassen können, ist für uns ein wichtiger Faktor“, erläutert Geschäftsführerin Sabrina Frühinsfeld.

Auch eine Inspektion mittels Golden-Board-Funktion ist möglich. Hierbei werden die Bilder eines guten Boards und eines Prüflings im Wechsel angezeigt. Die Ausrichtung dieser beiden Bilder erfolgt über Fiducials und ist damit äußerst stabil. Die Inspektionsausschnitte lassen sich individuell einrichten und so den Gegebenheiten jeder Platine anpassen.

Für die Kleinserienprüfung kann das Inspektionsvorgehen fest vorgeben werden, so dass der Bediener keine Einrichtung mehr vornehmen muss. Das nächste erstellte Bild wird automatisch geladen und zur Inspektion angezeigt. Der Ablauf ist damit geführt, wiederholbar und dokumentiert. Zusätzlich wird der Mitarbeiter durch die Anzeige der Augmented Reality in seiner Inspektionsentscheidung unterstützt. Alle relevanten Informationen stehen zur Beurteilung auf einen Blick zur Verfügung. Die durchschnittliche Inspektionszeit beträgt hierbei für eine Leiterplatte mit ca. 500 Bauteilen im Durchschnitt 3 Minuten.

Bei einer Losgröße von 20 Platinen bedeutet dies ein Gesamtaufwand inkl. Programmierung von etwa 65 Minuten. Im Vergleich dazu liegt allein die Einrichtungszeit der AOI für das Beispielboard bereits bei etwa 120 Minuten – ohne Berücksichtigung der Pseudofehler. (siehe auch Bild 4)

Inline-Funktionalität ohne Handlings-Aufwand

Grundlage des Systems ist ein hochauflösendes Bild der Platine. Bei der Erstellung entsteht bei Einsatz des EFA Desktop-Gerätes ein gewisser Handlingsaufwand für das Einlegen und Aufnehmen der Platinen. Bei dauerhaftem Einsatz von EFA Inspection fällt dieser Handlingsaufwand durchaus ins Gewicht.

Als Alternative steht ein EFA Inline Gerät zur Verfügung (entsprechend Bild 5). Ergänzt mit einem Be- und Entlader lassen sich die Aufnahmen hierbei automatisch erstellen. Ein Magazin mit zu inspizierenden Platinen wird in das Inline Gerät eingesetzt und anschließend das zugehörige Aufnahme-Profil ausgewählt. Die Spurbreite stellt sich aus dem Profil heraus automatisch ein und der  automatische Aufnahmeprozess für das Magazin startet. Nach Bilderstellung werden die Platinen wieder in das Magazin einsortiert. Diese Inspektions-Insel mit Inline Funktionalitäten steht vielen Anwendungen zur Verfügung. Auch Aufnahmen THT-bestückter Boards sind natürlich möglich.

Die vollständigen Bilder werden an Inspektionsplätze übertragen, an denen sogar parallel inspiziert werden kann. Die Bilder werden automatisch in ein geöffnetes EFA Projekt geladen, so dass sich der Bediener ausschließlich auf die Beurteilung der angezeigten Bildausschnitte konzentrieren muss.

„Die EFA Inline-Lösung hat uns mit der automatischen Bilderstellung überzeugt“, berichtet Marco Schönefeld, Geschäftsführer von proServ electronic. „Wir können so Losgrößen von 0 bis 1000 mit EFA Inspection problemlos inspizieren.“

Smarte Lösung auch für die Arbeitsvorbereitung

Die Entscheidung für EFA SmartSuite fiel bei proServ electronic aber auch aufgrund der Flexibilität und der Ausbaufähigkeit des Systems. Neben der Inspektion ist EFA auch für die Arbeitsvorbereitung interessant. Die Datenaufbereitung für die Maschinen erfolgt nun ebenfalls mit EFA SmartSuite. Dabei werden die unterschiedlichen Formate der Kundendaten in EFA eingelesen und die Daten für die eigene Fertigung immer im gleichen Format ausgegeben. Dies spart deutlich Zeit, denn Unsicherheiten und erneute Datenaufbereitung in der Produktion gehören damit der Vergangenheit an. „Die verschiedenen Formate der Kundendaten können wir mit EFA in ein Standard-Format für die Fertigung umwandeln“ berichtet Marco Schönefeld.

Im Ergebnis konnte mit EFA Inspection, dem EFA Inline Gerät und dem Einsatz von EFA SmartSuite eine deutliche Zeitersparnis erreicht werden. „Dies wirkt sich unmittelbar auf die Qualität unserer Produkte aus“ erläutert Geschäftsführerin Sabrina Frühinsfeld.

proServ electronic plant eine weitere Integration von EFA SmartSuite. Im nächsten Schritt soll die Anbindung an das ERP System umgesetzt werden. So können mit den Fuzzy-Search-Algorithmen direkt aus der eingelesenen Kunden-Stückliste heraus die richtigen Sachnummern gefunden werden. EFA SmartSuite interpretiert dabei die einzelnen Werte, so dass Schreibweise, Einheit der Größe oder Reihenfolge in der Auflistung der Bauteilbeschreibung keine Rolle spielen.

EFA SmartSuite ist als Gesamt-Lösung für EMS-Anbieter konzipiert (siehe Bild 6). Die verschiedenen EFA Anwendungen lassen sich von der Angebotsphase über die Arbeitsvorbereitung bis in die Fertigung einsetzen und optimieren mit smarten automatischen Funktionen bisher rein manuelle Fertigungsschritte. „Bei der stetigen Weiterentwicklung von EFA SmartSuite setzen wir auf eine enge Zusammenarbeit mit unseren Anwendern“ erläutert Hans Jörg Lebert, Geschäftsführer der Lebert Software Engineering. So kann sichergestellt werden, dass jeder Kunde seine individuellen Lösungen durch personalisierte Abläufe wieder finden kann – das Ergebnis ist eine praxisbezogene Anwendung „von Kunden für Kunden“.

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