Lückenlose 3D-Bilder

Hochauflösende 3D-Inline-Inspektion von Kleinstbauteilen

Nach wie vor stellt die 3D-Inspektion von Kleinstbauteilen wie Stecker-Komponenten, Mikro-Spritzgussteilen, elektronischen SMD-Bauteilen oder Lötstellen aktuell verfügbare 3D-Sensoren vor hohe Herausforderungen. Daher wurde jetzt eine neuartige 3D-Inline-Kamera nach dem Prinzip Depth-from-Focus auf den Markt gebracht.

 Die 3D-Inline-Kamera ZFokus erlaubt bei kleinen Blickfeldern mit ca. 5?m pro Pixel eine hohe laterale Detailaufl?sung, z.B. bei der Stecker-Pin-H?henpr?fung. (Bild: Senswork GmbH)

Bild 1 | Die 3D-Inline-Kamera ZFokus erlaubt bei kleinen Blickfeldern mit ca. 5μm pro Pixel eine hohe laterale Detailauflösung, z.B. bei der Stecker-Pin-Höhenprüfung. (Bild: Senswork GmbH)

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ZFokus ist eine 3D-Kamera die nach dem Verfahren Depth-from-Focus arbeitet und in getakteten Inline-Prozessen oder bei der Offline-Prüfung in der hochauflösenden 3D-Bewertung von Klein- und Kleinstbauteilen seine Anwendung findet. Zur Berechnung der 3D-Bildinformation werden vom System mehrere hundert Bilder in unterschiedlichen Abstandspositionen zum Bauteil in kürzester Zeit aufgezeichnet (typischerweise 1 bis 2 Sekunden), um daraus – basierend auf ortsabhängigen Fokuswerten im Bild – eine 3D-Höhenkarte des Bauteils zu berechnen. Um die vorschubsynchrone Aufzeichnung kümmert sich der Controller, die Berechnung der 3D-Daten erfolgt auf einem handelsüblichen Embedded-PC nahezu in Echtzeit zur Bildaufnahmesequenz. Mit integriert ist eine interne LED-Beleuchtung, die bei Bedarf (und abhängig von den Reflexionseigenschaften des Bauteils) um weitere Beleuchtungen ergänzt werden kann. Die Stärken des Systems liegen in der parallelen Verarbeitung der hohen Bilddatenmenge je Scan (mehrere GB pro Scan), sowie der intelligenten Berechnung der Z-Informationen durch Berücksichtigung der Reflexionsverhältnisse auf dem Bauteil. Unter Zuhilfenahme von Interpolationsalgorithmen erfolgt die Berechnung der Höheninformation. Die gewonnenen 3D-Daten sind insbesondere bei kleinen Bildfeldern hoch detailliert. Neben dem 3D-Tiefenbild liefert die Kamera ein überlagertes Scharfbild als 2D-Bild, das für zusätzliche 2D-Auswertungen, wie z.B. der Abstandsmessung etc. des Bauteils, herangezogen werden kann.

Anwendungsbereiche

 Kalibriernormale zur Sicherstellung qualitativ hochwertiger und korrekter Daten. Die aktuell erzielbare Aufl?sung in Z-Richtung liegt bei 10?m bei einem maximalen Blickfeld von 12x12mm. (Bild: Senswork GmbH)

Bild 2 | Kalibriernormale zur Sicherstellung qualitativ hochwertiger und korrekter Daten. Die aktuell erzielbare Auflösung in Z-Richtung liegt bei 10μm bei einem maximalen Blickfeld von 12x12mm. (Bild: Senswork GmbH)

Das System findet in diversen Industrien Anwendung, wobei das Ziel der Entwicklung bei der Prüfung von Steckermodulen, Elektronikbauteilen oder Mikro-Spritzgussteilen lag. Die Koplanaritätsprüfung von SMD-Baugruppen oder die Pin-Höhenprüfung sind zwei Anwendungen, die beispielhaft mit ZFokus gelöst werden. Durch die 3D-Höheninformation können Kontaktflächen relativ zu umliegenden Referenzflächen in Z-Richtung vermessen werden. Dies garantiert im Nachgang einen sauberen Kontaktschluss im Lötprozess. Bei der Lötstellen-Inspektion erlaubt das System die Bestimmung des Lötvolumens, der Detektion von Lücken in der Lötstelle sowie der Bewertung der Form einer Lötstelle. Auch bei der Inspektion von Mikro-Spritzgussteilen zeigt das System seine Stärken.

Spezielle Kalibrierung

Tabelle | Technische Daten von ZFokus im ?berblick (Bild: Senswork GmbH)

Tabelle | Technische Daten von ZFokus im Überblick (Bild: Senswork GmbH)

Jedes System wird im Rahmen eines Kalibrierprozesses überprüft und kalibriert. Hierzu wurde eigens ein Kalibriernormal entwickelt, welches die ermittelten Z-Werte im Arbeitsbereich des Systems überprüft und sicherstellt. Die aktuell erzielbare Auflösung in Z-Richtung liegt bei 10µm bei einem maximalen Blickfeld von 12x12mm. Die Scan-Dauer ist abhängig von unterschiedlichen Faktoren, und beträgt typischerweise 1 bis 3 Sekunden. Eine Weiterentwicklung der Kamera hin zu noch größeren Blickfeldern ist aktuell in Planung.

Lückenlose 3D-Bilder
Bild: Senswork GmbH


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