Vision Systeme in Pick-and-Place-Maschinen
Moderne Bildverarbeitungssysteme für die Bestückung sind die "Augen und das Gehirn" von elektronischen Fertigungsanlagen. Sie kombinieren fortschrittliche Bildverarbeitungshardware mit intelligenter Software, um eine Präzision bei der Platzierung von Komponenten im Mikrometerbereich zu erreichen. Dieser Leitfaden behandelt die Systemarchitektur, die Kernfunktionen, die technologische Entwicklung und detaillierte Modellvergleiche.
I. Systemarchitektur
1. Hardware-Komponenten
- Industriekameras:
- Zeilenkameras (für Hochgeschwindigkeitserkennung)
- Flächenkameras (für präzise Positionierung, z.B. 5MP MARK Kamera in HW-F5)
- Beleuchtungssysteme:
- Ringlichter, koaxiale Beleuchtung (Dual-Source in HW-S6 für Materialanpassung)
- Streulichtquellen zur Verbesserung des Komponentenkontrasts
- Zusatzsensoren:
- Laser-Entfernungsmesser (Erkennung von PCB-Verzug)
- Vakuum-Selbstkontrollsensoren mit visueller Bestätigung
- Drehmomentsensoren in kollaborativen Roboteranwendungen
2. Software-Algorithmen
- Bildverarbeitung (Kantenerkennung, Vorlagenabgleich)
- Deep Learning-Modelle (Defektvorhersage, Pfadoptimierung)
- Koordinatentransformationssysteme (Bild-zu-Mechanik-Mapping)
- WYSIWYG PCB-Simulationsschnittstellen
II. Kernkompetenzen
1. Erkennung und Positionierung von Komponenten
- Fliegende Hochgeschwindigkeitskameras erfassen 0402 (0,4×0,2″) bis 0201 Mikrokomponenten
- Bewältigt schwierige Bedingungen: verschwommener Siebdruck, gekippte Komponenten (HW-S6 verbesserte Algorithmen)
- 360° Komponentendrehung mit 0,1° Genauigkeit (HW-A8)
2. Kalibrierung & Kompensation
- Kalibrierung der Düsenmitte (±0,05 mm Genauigkeit)
- PCB-Verzugskompensation in Echtzeit (Lasermessung + automatische Justierung)
- Korrektur der thermischen Ausdehnung (Kompensation der Umgebungsdrift)
- Spline-geführte Z-Achsenbewegung für konsistenten Fokus (HW-S6)
3. Qualitätskontrolle
- Prüfungen vor dem Einsetzen: Überprüfung der Polarität, Verformung der Leitung
- 3D-Inspektion nach der Bestückung: Validierung der Lötpunktkontakte
- Systeme zur Verwaltung von Komponentenbibliotheken
III. Technologie-Entwicklung
1. Fortschritte bei der Präzision
- Von 0,1 mm (2000er Jahre) auf 0,02 mm heute (HW-F5 0201 Unterstützung)
- Laborsysteme für Präzision im Mikrometerbereich
2. Intelligente Merkmale
- Regelbasierte Algorithmen → Maschinelles Lernen → Deep Learning
- MES-Integration für die Verfolgung von Produktionsdaten
- KI-unterstützte Pfadoptimierung (HW-F5/S5)
3. Multi-Sensor-Fusion
- Kraftsensoren für die Überwachung des Platzierungsdrucks
- Spektralanalyse zur Materialprüfung
- Kollaborative Robotik mit visuell gesteuerter Hindernisvermeidung
Aufstrebende Technologien: Ereignisbasierte Kameras (100.000+ CPH), Quantenpunktsensoren für schwach beleuchtete Umgebungen und hybride Vision-Kraftkontrollsysteme.
IV. Modellvergleich: HW-Serie Bildverarbeitungssysteme
Pick-and-Place-Maschine
| Merkmal | HW-A8/A6L | HW-F5/S5 | HW-S6 |
|---|---|---|---|
| Kamera System | 8 Zeilenkameras (A8) 6×400K Pixel (A6L) | Hybride: Fliegend + Linear + Fest 500W MARK Kamera | 5MP Fliegen + 6MP MARK Zwei Lichtquellen |
| Min. Komponente | 0402 (11mm) | 0201 (0,6×0,3mm) | 0201 mit erweiterter Erkennung |
| Geschwindigkeit | 15.000 STUNDEN PRO STUNDE (A6L) | 84.000 CPH (S5 zweiarmig) | 45.000 CPH |
| Besondere Merkmale | Basic Komponentenbibliothek | KI-Pfadoptimierung Thermische Kompensation | Spline Z-Achse Durchgangsloch-Feeder |
| Anwendungen | Einstiegslevel SMT | High-Mix-Mikroelektronik | Anspruchsvolle Präzisionsaufgaben |
V. Anwendungsszenarien
1. LED-Herstellung
- 3528/5050 große LEDs auf flexiblen Substraten (HW-A8L)
- Erfordert streuende Lichtquellen für den Kontrast
2. Mikroelektronik Verpackung
- 0201 Widerstände/Kondensatoren, QFN-Chips
- Erfordert 6MP+ Kameras zur Pin-Verifizierung
3. Stromversorgungsgeräte
- 40×40mm MOSFET/IGBT-Module
- Spezielle Düsen und Beleuchtungskonfigurationen erforderlich
Kriterien für die Auswahl: Balance zwischen Geschwindigkeit (CPH), Präzision (μm) und Kompatibilität der Komponenten. Die Großserienproduktion profitiert von der Zwei-Arm-Konfiguration der HW-S5, während F&E-Umgebungen die verbesserten Erkennungsfähigkeiten der HW-S6 bevorzugen könnten. (Datenreferenzen: IEEE Industrial Electronics Society Veröffentlichungen 1990-2023 & HW technische Dokumentation)