3D-AOI in der Praxis: „Mit 2D hatten wir ein Bild – heute haben wir Messdaten“
Wie verändert eine 3D-AOI-Lösung den Arbeitsalltag in der Elektronikfertigung? Im Gespräch berichtet Holger Lasotta, SMD-Leiter der Firma Tedsen, warum sich das Unternehmen bei der automatischen optischen Inspektion (AOI) für Koh Young entschieden hat, welche technischen Vorteile die 3D-Inspektion im Vergleich zu einem klassischen 2D-AOI bietet und wie sich die zusätzlichen Messdaten auf Qualität und Effizienz auswirken.
Herr Lasotta, warum haben Sie sich überhaupt nach einem neuen AOI-System umgesehen?
Das bisherige 2D-AOI hat seine Aufgaben zwar erfüllt, aber wir haben gemerkt, dass wir an Grenzen stoßen. Vor allem die Pseudofehlerrate war ein Thema. Gleichzeitig wollten wir die Prüfgeschwindigkeit erhöhen.
Wir haben deshalb verschiedene 3D-Systeme am Markt verglichen und Kriterien wie Programmieraufwand, Pseudofehlerrate, Erkennung echter Fehler und Prüfgeschwindigkeit bewertet. Koh Young hat dabei insgesamt die besten Ergebnisse erzielt.
Was unterscheidet ein 3D-AOI im Alltag konkret von einem klassischen 2D-System?
Der größte Unterschied ist, dass wir heute nicht mehr nur ein Bild der Baugruppe sehen. Mit einem 2D-System beurteilt man ausschließlich optische Informationen. Das funktioniert in vielen Fällen gut, aber wenn Schatten, Reflexionen oder unterschiedliche Oberflächen ins Spiel kommen, stößt das Verfahren an seine Grenzen.
Mit der 3D-AOI verfügen wir dagegen über echte Höheninformationen. Das bedeutet: Wir sehen nicht nur, wie ein Bauteil aussieht, sondern können messen, wie hoch einzelne Bereiche tatsächlich sind. Dadurch erhalten wir deutlich mehr Informationen über die gesamte Baugruppe.
Können Sie das an einem Beispiel erklären?
Nehmen wir eine Lötstelle. Wir sehen zunächst die Höhe des Anschlussbeins. In unserem Beispiel liegt diese bei etwa 451 μm. Gleichzeitig können wir erkennen, wie sich das Lot an der Anschlussfläche verteilt. Der Höhenverlauf zeigt beispielsweise einen Anstieg von rund 150 μm, sodass sich sehr gut nachvollziehen lässt, wie das Lot an das Bein angeflossen ist. Das ist wesentlich aussagekräftiger als eine reine Bildauswertung. Man erkennt unmittelbar, ob genügend Lot vorhanden ist und wie die Lötstelle tatsächlich aufgebaut ist.
Welche Vorteile ergeben sich bei der Bauteilprüfung?
Ein großer Vorteil ist die sichere Polaritätserkennung. Früher wurde diese hauptsächlich über optische Merkmale erkannt. Heute nutzen wir zusätzlich die Höheninformationen.
Bei vielen Bauteilen ist die Polaritätsseite konstruktionsbedingt etwas flacher als die gegenüberliegende Seite. Das erkennt das System zuverlässig anhand des Höhenprofils. Dadurch können wir die Polarität wesentlich robuster bestimmen – unabhängig von Lichtverhältnissen oder Kontrasten.
Lassen sich auch typische Bestückungsfehler zuverlässiger erkennen?
Ja, ganz klar. Ein klassisches Beispiel sind hochstehende Anschlüsse. Das System misst kontinuierlich die Höhe jedes einzelnen Pins. Liegt ein Anschluss beispielsweise statt im Sollbereich deutlich höher, erkennt das AOI sofort, dass das Bauteil nicht korrekt aufliegt und meldet einen Fehler.
Früher musste man diese Fehler über optische Auffälligkeiten interpretieren. Heute erfolgt die Bewertung anhand konkreter Messwerte.
Welche zusätzlichen Prüfungen profitieren besonders von den 3D-Daten?
Vor allem die Lötstellenprüfung. Wir können den kompletten Lötbereich dreidimensional analysieren und erkennen sehr genau, wo Lot vorhanden ist und wo konstruktionsbedingt keines sein darf.
Im gezeigten Beispiel bewertet das System den vorhandenen Lotbereich mit einer Abdeckung von 96,5 Prozent. Solche Werte geben unseren Mitarbeitern eine wesentlich bessere Entscheidungsgrundlage als eine reine Bildbetrachtung.
Welche Informationen nutzen Ihre Mitarbeiter heute zusätzlich?
Sehr hilfreich sind die kompletten Höhenprofile. Wir können uns den Verlauf sämtlicher Anschlussbeine ansehen und sofort erkennen, ob alle Pins auf einer vergleichbaren Höhe liegen oder ob einzelne Pins versetzt beziehungsweise angehoben sind. Auch die komplette Lötgeometrie lässt sich über die Höhenkarte darstellen. Dadurch erkennen unsere Mitarbeiter wesentlich schneller, warum das System eine Auffälligkeit meldet. Das macht die Fehlersuche deutlich einfacher.
Hat sich das auch auf die Prozesse ausgewirkt?
Definitiv. Wir konnten unsere Pseudofehlerrate um 70 bis 90 Prozent reduzieren. Gleichzeitig arbeiten wir schneller und die echten Fehler werden nach wie vor zuverlässig erkannt. Für unsere Mitarbeiter bedeutet das deutlich weniger unnötige Nachkontrollen und mehr Vertrauen in die Prüfergebnisse.
Ihr persönliches Fazit?
Das 3D-AOI liefert uns nicht einfach bessere Bilder – es liefert uns belastbare Messdaten.
Über die Adolf Tedsen GmbH & Co. KG:
Die Firma Adolf Tedsen GmbH & Co. KG entwickelt und produziert elektronische Steuerungslösungen für Anwendungen in und an Gebäuden. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung und Fertigung kundenspezifischer Motorsteuerungen sowie Funkfernsteuerungen für langjährige Industriepartner. Am Unternehmensstandort Trittau, nahe Hamburg, arbeiten rund 70 Mitarbeitende in Entwicklung, Fertigung und Verwaltung. Jährlich produziert Tedsen rund 200 verschiedene Leiterplatten, die in etwa 1.000 Endprodukte einfließen. Mit flexiblen Fertigungsprozessen und hoher Variantenvielfalt realisiert das Unternehmen sowohl kleine als auch mittlere Serien und steht für Qualität, Zuverlässigkeit und kundenspezifische Lösungen in der Elektronikfertigung.
