Geautomatiseerde röntgeninspectie

In de printplaatindustrie blijkt een toenemend aantal onderdelen en borden moeilijk te inspecteren met geautomatiseerde optische inspectie (AOI) omdat het soldeer onzichtbaar is. Bovendien worden steeds hogere kwaliteitseisen zoals hechtsterkte van de auto-industrie en volledige oppervlakteinspectie van het soldeer. Om aan deze behoeften te voldoen, heeft Omron nieuwe technologie geïntroduceerd om inspecties uit te voeren binnen de vereiste inline-tijd (de snelheid waarmee een product moet worden voltooid om aan de vraag van de klant te voldoen). Dit was een van de meest uitdagende vereisten voor automatische röntgeninspectieapparatuur voor computertomografie (CT). Voor continue beeldtechnologie zijn zeer nauwkeurige positioneringscontrole en snelle beelddetectie vereist.

De zaak voor een nieuwe inspectiemethode

De afgelopen jaren zijn er opmerkelijke technologische vorderingen gemaakt op het gebied van elektrische voertuigen (EV's), geavanceerde rijhulpsystemen (ADAS's) en zelfs geautomatiseerd rijden. Voor de wereld van printplaatmontage betekent dit een stap naar verdere verdichting, terwijl een toenemend aantal onderdelen en PCB's visueel ontoegankelijke soldeerverbindingen hebben die problemen opleveren bij visuele inspectie. Typische voorbeelden hiervan zijn filetloze chips en ball grid arrays (BGA's) met soldeerverbindingen aan de onderkant van het pakket.

De auto-industrie stelt bijzonder strenge eisen aan de kwaliteitsborging om consumenten te beschermen, en leveranciers zijn vaak verplicht om inline-inspecties van het volledige oppervlak van de printplaat uit te voeren (in plaats van steekproeven) en soldeervormen te meten en te inspecteren tot aan de hechtsterkte. Dit komt nog door het probleem van het tekort aan lijnpersoneel, dat mede verantwoordelijk is voor de huidige snelle toename van de vraag naar zeer nauwkeurige, hoogwaardige geautomatiseerde inspecties.

Daarom kunnen gebeurtenissen in de montage-industrie, zoals problemen met de kwaliteit van printplaten en productielijnonderbrekingen, ernstige risico's voor klanten opleveren. Een uitstroom van defecte printplaten zou direct leiden tot een crisis die de veiligheid van mens en samenleving in gevaar zou kunnen brengen. Om deze reden is het belangrijker dan ooit om een ​​mechanisme te bieden dat elke uitstroom van defecte printplaten naar de markt voorkomt.

Als reactie op deze trends heeft Omron zijn AXI-systeem (automatische röntgeninspectie) ontwikkeld, dat op grote schaal wordt gebruikt in productielijnen voor Surface Mount Technology (SMT) dankzij de mogelijkheid om visueel ontoegankelijke items zoals soldeerverbindingen aan de onderkant van onderdelen te inspecteren. . Vanwege het probleem met takt-tijd is een conventioneel model echter voornamelijk gebruikt voor offline bemonsteringsinspecties of voor inline-inspecties van alleen belangrijke onderdelen.

Dit artikel geeft een overzicht van de technologieën die worden gebruikt voor het geautomatiseerde inline CT-röntgeninspectiesysteem van de VT-X750-serie (Afbeelding 1) om dit probleem te verbeteren en snelheden te bereiken die voldoende zijn voor inline-gebruik in montageprocessen voor printplaten in de automobielindustrie, waardoor kwaliteitsborging van printplaten in grote hoeveelheden.

Hoge beeldkwaliteit bereiken met op CT gebaseerde AXI

De belangrijkste soorten op röntgenstraling gebaseerde diagnostische beeldvormingsmethoden omvatten tweedimensionale (2D) röntgenstraling, tomosynthese en computertomografie. De 2D-röntgenmethode wordt gebruikt om één beeld per opname te maken met een röntgenbron, een werkstuk en een röntgencamera verticaal opgesteld (Figuur 2). Het met deze methode geprojecteerde beeld wordt geregistreerd als tweedimensionale gegevens. Hoewel deze methode in staat is tot beeldacquisitie in een kortere tijd, is deze methode inferieur aan de andere methoden op het gebied van beeldkwaliteit, omdat de hoeveelheid gegevens die ermee wordt verwerkt klein is.

De tomosynthesemethode wordt gebruikt om een ​​bepaald aantal beelden van een werkstuk te verkrijgen in een relatieve positie ten opzichte van een röntgenbron of röntgencamera binnen een beperkt hoekbereik. Deze methode zorgt voor de verwerving van tomografische beelden met de gewenste hoogten gemarkeerd (Figuur 3). Hoewel het meer tijdrovend is dan de 2D-röntgenmethode, maakt tomosynthese een snellere beeldacquisitie mogelijk dan de CT-methode en is het superieur aan de 2D-röntgenmethode in termen van beeldkwaliteit. Opgemerkt moet worden dat als tomografische beelden worden vastgelegd op voldoende afstand van de focuspositie van de röntgenbron of camera, deze meestal waziger zijn dan CT-beelden.

De CT-methode wordt gebruikt om een ​​aantal afbeeldingen van een werkstuk in een relatieve positie ten opzichte van een röntgenbron of camera tijdens een rotatie van 360 graden te verkrijgen en deze te reconstrueren tot driedimensionale (3D) gegevens. Deze methode verwerkt een grotere hoeveelheid gegevens dan de andere methoden en levert daarom de beste beeldkwaliteit. De kracht is dat het de extractie en het gebruik van niet alleen horizontale vlakke richtingsgegevens mogelijk maakt, maar ook hoogterichtingsgegevens uit de geherstructureerde 3D-gegevens. Zelfs wanneer deze ver van de focuspositie van de röntgenbron of de röntgencamera wordt vastgelegd, zal een tomografisch beeld met deze methode een heldere, weinig onscherpe beeldkwaliteit hebben. Aan de andere kant kost deze methode meer tijd voor beeldacquisitie en levert het meestal een hogere dosis aan het werkstuk op.

De AXI-oplossing

Omron heeft een nieuwe inspectiemethode ingevoerd die de gewenste punten in 3D-gegevens kan identificeren en op afbeeldingen gebaseerde diagnose kan stellen om de vorm van elk soldeerverbindingsoppervlak nauwkeurig te inspecteren. De Omron AXI-oplossing maakt gebruik van de CT-methode en maakt zeer nauwkeurige inspecties mogelijk zonder beperkingen aan de onderkant van de printplaat. De belangrijkste technische componenten bestaan ​​uit hardware die in staat is tot veilige, zeer nauwkeurige detectie, samen met software die snelle controle mogelijk maakt met een uitstekende reactiesnelheid.

De hardware bestaat grotendeels uit mechanische, elektrische en beeldvormende componenten. Daarom spelen de ontwerpparameters - zoals elektromechanische veiligheid, afscherming, nauwkeurigheid van asbewegingen, reactievermogen van de besturing, beeldkwaliteit en beeldsnelheid - een belangrijke rol bij het waarborgen van de systeemprestaties. Het softwaregedeelte van het systeem bestaat uit een assembly-optimizer voor correcties van machineverschillen, een hoofdtoepassing voor de ontwikkeling van inspectieprogramma's, een reconstructieproces voor het omzetten van vastgelegde afbeeldingen in 3D-gegevens en een algoritme dat wordt gebruikt om de inspecties van de verkregen 3D-gegevens uit te voeren. Deze technische componenten zijn op een complexe manier aan elkaar gerelateerd en moeten binnen elke functiemodule naadloos samenwerken voor zeer nauwkeurige, snelle inspecties. Dit is met name belangrijk voor hoogwaardige CT-beeldacquisitie, die de kern vormt van deze technologie en zorgt voor de basisprestaties van de beeldvormingsapparatuur, een zeer nauwkeurig geometrieontwerp en -besturing, en robuuste correctieverwerkings- en inspectie-algoritmen.

In de volgende secties wordt elk van deze mogelijkheden besproken.

1. Basisprestaties van beeldverwerkingsapparatuur (FPD en X-ray .

Referenties

• Sugita, S. Hoge snelheid CT-inspectietechnologie voor bredere dekking van kwaliteitsborging van montage (in het Japans) . Proceedings van de 52e Soldering Breakout Session, Japan Welding Society, 2011, p. 4.
• Japanese Society of Radiological Technology (Supervising Ed.). Ichikawa, K.; Muramatsu, Y. eds., Standaard X-Ray CT-beeldmeting (in het Japans) . Ohmsha, 2009, blz. 27-28.