Elektronikfertigung

Lasersensoren von Micro-Epsilon liefern präzise Messergebnisse

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Da bei der Herstellung von Leiterplatten viel Präzision sowie eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit gefordert werden, kommen in Bestückungsautomaten smarte Wegsensoren der Reihe OptoNCDT von Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG zum Einsatz. Die Laser-Triangulationssensoren verfügen über eine kompakte Bauform sowie die Fähigkeit das Signal bei wechselnden Oberflächen stabil auszuregeln und sie führen eine zuverlässige Qualitätsüberwachung im Mikrometerbereich durch.

Erich Winkler, Produktmanagement Lasertriangulationssensoren bei der Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG in Ortenburg

Inhaltsverzeichnis

1. Qualitätskontrolle in der Elektronikfertigung
2. Messung der Ritzgräben von Leiterplattennutzen
3. Fazit

Ob Smartphone oder Werkzeugmaschinen, kaum ein elektronisches Gerät kommt ohne Leiterplatten aus. Und obwohl sie zunehmend kleiner, leistungsfähiger und schneller werden, sind die Entwicklungszyklen der Geräte immer kürzer. Dementsprechend müssen auch die Platinen deutlich leistungsfähiger sein – unter anderem durch hochintegrierte Bauteile. Um sicherzustellen, dass Strom als elektrische Energie oder als Informationssignal problemlos durch die einzelnen Komponenten fließen kann, ist ihre exakte Positionierung maßgeblich. Bei der Leiterplattenfertigung müssen sie zudem nicht nur an der vorgesehenen Stelle platziert, sondern auch in der Ebene korrekt verbaut und angeschlossen sein. Sensoren, die die Lage der hochintegrierten Bauteile inline prüfen, müssen deshalb eine ganze Reihe von Herausforderungen meistern: Primär sind dies Schnelligkeit wegen der hohen Dynamik des Fertigungsprozesses, kleine Fokusdurchmesser aufgrund der sehr kleinen Bauteile sowie eine hohe Ortsauflösung wegen der minimalen Wegänderungen, die erfasst werden müssen. Die smarten Laser-Triangulationssensoren der Reihe OptoNCDT 1420 der Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG sind für komplexe Anwendungen konzipiert. Sie messen berührungslos, wirken also nicht auf die Platine oder die empfindlichen Bauteile ein und Messwerte können schnell aufgenommen sowie verarbeitet werden.

Qualitätskontrolle in der Elektronikfertigung

Die Sensoren werden bei der Qualitätskontrolle in der Platinenfertigung so platziert, dass sie von oben auf die Leiterplatten messen. Über eine Verfahranlage werden sie über die PCBs (Printed Circuit Board) und die hochintegrierten Bauteile geführt. Mit einer Messrate von bis zu 4 kHz erfassen sie dabei dynamische Prozesse direkt in der Produktionslinie. Die Kompaktheit der Sensoren mit 46 x 30 mm sowie der integrierte Controller ermöglichen seine Einbindung auch bei geringem Platz. Der kleinstmögliche Durchmesser des Lichtflecks liegt bei 45 x 40 µm. Er ermöglicht somit präzise Messungen auf die feinen Pins, da der Lichtpunkt dort scharf abgebildet werden kann.

Eine weitere wesentliche Voraussetzung für zuverlässige Messungen auf Leiterplatten ist ein Messprinzip, das auf unterschiedliche Materialien von Kunststoff bis Metall messen kann. Dafür bieten die Lasersensoren von Micro-Epsilon die Auto Target Compensation (kurz: ATC). Sie sorgt dafür, dass die Belichtungszeit und damit die Intensität des gesendeten Lichts während der Messaufgabe entsprechend des jeweiligen Messobjektes ausgergelt wird, dass die Reflexion auf der CMOS-Zeile im Idealbereich liegt: Zur Ermittlung der Messwerte bildet der Lasersensor einen roten Laserpunkt mit einer Wellenlänge von 670 nm auf dem Target ab. Das Laserlicht wird in einem bestimmten Reflexionswinkel zurückgeworfen und trifft im Sensor auf eine Optik auf einer CMOS-Zeile. Beim schnellen Wechsel von einem hellen auf ein dunkles Objekt käme ohne ATC zunächst zu wenig Licht auf der Emfpangsmatrix an. Beim schnellen Wechsel von einer dunklen Oberfläche zu einem glänzenden Objekten wäre die Intensität dagegen anfangs viel zu hoch. Ungenau oder sogar unbrauchbar wäre das Ergebnis in beiden Fällen. Anschließend berechnet der Sensor die mikrometergenauen Abstandswerte über die Dreiecksbeziehung zwischen der Laserdiode, dem Messpunkt auf dem Objekt sowie dem Abbild auf der CMOS-Zeile. Die ermittelten Werte können als analoge oder digitale Ausgangssignale in die Anlagen- und Maschinensteuerung eingespeist werden.

Messung der Ritzgräben von Leiterplattennutzen

Eine weitere Applikationsmöglichkeit der Lasersensoren in der Leiterplattenfertigung besteht in Zusammenhang mit dem Ritzen von Sollbruchstellen in sogenannte Nutzen. So werden mehrere Leiterplatten bezeichnet, die die Produktion als eine einzelne, große Platte durchlaufen. Diese Bündelung ist aus produktionstechnischen Gründen notwendig, weil sie sich dadurch einfacher bestücken lassen. Die Ritzgräben entstehen in der Regel durch zwei gegenüberliegende Sägeblätter, die eine V-Nut in die Platinen schneiden, um die Platten gegen Ende des Produktionsprozesses wieder einfach und sauber voneinander trennen zu können. Der Ritzsteg hat dabei eine Breite von rund 400 µm.

Der Lasersensor OptoNCDT 1420 detektiert inline, ob die Keilnuten exakt in die Platten eingefräst wurden. Ist der Ritzsteg zu dünn, brechen die Platten während des Produktionsprozesses von selbst, was Ressourcen verbraucht und Maschinenschäden verursachen kann. Sind die Nuten nicht weit genug eingefräst, fransen die Platten beim Trennverfahren aus und brechen ungleichmäßig, wodurch sie die Qualitätsvorgaben nicht mehr erfüllen und ein hohes Maß an Ausschuss entsteht.

Fazit

Der Einsatz von modernen Sensoren – wie den Laser-Triangulationssensoren der Reihe OptoNCDT 1420 von Micro-Epsilon – kann zu Qualitätssteigerungen und in Folge zu Ausschussverringerungen und Kosteneinsparungen führen. Der smarte Lasersensor misst Weg, Abstand und Position mit einer Reproduzierbarkeit ab 0,5 µm sicher und zuverlässig. Mit bis zu 4000 Messwerten pro Sekunde wurde er zudem für hochdynamische Prozesse entwickelt. Die intelligente Oberflächenregelung gleicht dabei Intensitätsschwankungen des zurückreflektierten Lichts bei schnellen Farb- oder Helligkeitswechseln unmittelbar während des Messvorgangs aus. Gerade bei Platinen, wenn matte und glänzende sowie helle und dunkle Objekte direkt nebeneinander liegen, ist dies ein großer Vorteil. Über das intuitive Webinterface hat der Anwender darüber hinaus die Möglichkeit, den Sensor zu bedienen. Darin können vordefinierte Presets für verschiedene Messaufgaben gewählt werden. Außerdem lassen sich bis zu acht benutzerspezifische Einstellungen speichern sowie exportieren. Eine Optimierung der Messaufgabe ist durch die Anzeige des Videosignals, die Auswahl des Signalpeaks sowie eine frei einstellbare Signalmittelung ebenfalls möglich. ik

Details zu den smarten Wegsensoren der Reihe OptoNCDT von Micro-Epsilon:

hier.pro/3KBUW

Messe SPS 2019: Halle 7A, Stand 130

Kontakt zu Micro-Epsilon
Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
Königbacher Str. 15
94496 Ortenburg
Tel.: +49 8542 168 0
Fax: +49 8542 168 90
E-Mail: info@micro-epsilon.de
Website: www.micro-epsilon.de

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