Aus Zwei mach Eins
3D-Zeilenkamera zur Prüfung von Steckverbindern
Steckverbinder sind in der Elektronik unverzichtbar. Längst können sie nur noch an voll automatisierten Fertigungslinien mit einer integrierten 100%-Qualitätsprüfung wirtschaftlich produziert werden. Dieses Qualitätsziel erreicht die Eberhard AG durch die Umstellung auf ein einstufiges berührungsloses Prüfverfahren mit 3D-Zeilenkameras.
Bild 1 | Screenshot der Benutzeroberfläche. Das Prüfmodul kann die Pin-Dimensionen der Steckverbinder von 0,4×0,5mm bei einer Prüfgeschwindigkeit von 4 bis 10s in Abhängigkeit des Takts des Bestückungsautomaten inline messen. (Bild: Eberhard AG)
Mit der Komplexität der Anwendungen für Steckverbinder nimmt auch die Anzahl der in einem Steckverbinder verbauten Pins zu. Parallel dazu verringert sich der Querschnitt eines Pins immer weiter und beträgt heute oft nur noch 0,4×0,5mm. Die Eberhard AG produziert Anlagen für die vollautomatische Herstellung von Steckverbindern sowie zum Bestücken von Printed Circuit Boards. In der Vergangenheit erfolgte die Prüfung von True Position und Pinhöhe in zwei unterschiedlichen Stationen. Die zum Teil berührenden Verfahren benötigten aufwändige und teure produktspezifische Adapter, was insbesondere bei der Produktion mehrerer Artikel auf derselben Linie hinderlich war. Zudem können berührende Messverfahren bei immer weiter abnehmendem Pinquerschnitt das Messergebnis unzulässig beeinflussen.
Kamerakriterien
Bild 2 | Die aus den Stereobildern der Chromasens Zeilenkamera 3DPixa Compact 15μm berechneten 3D-Daten liefern die Koordinaten für alle Objektpunkte in drei Dimensionen. (Bild: Eberhard AG)
Oberstes Ziel war daher die Entwicklung eines neuen berührungslosen Prüfverfahrens, mit dem die Position und Höhe der Pins auf den Steckverbindern zukünftig in einer einzigen Station geprüft werden kann. Konkret geprüft werden sollten dabei die Positionen der Pinspitzen relativ zu einer Referenzgeometrie des Steckverbinder-Kunststoffkörpers. Das neue Prüfmodul sollte in der Lage sein, die sich am Markt etablierenden minimalen Pin-Dimensionen von 0,4×0,5mm bei einer Prüfgeschwindigkeit von 4 bis 10s in Abhängigkeit des Takts des Bestückungsautomaten inline zu messen. „Die marktüblichen Toleranzbereiche von 0,3 bis 0,6mm sowie die feinen Geometrien an einer Pinspitze erforderten eine Mindestauflösung des Messsystems von 15 bis 20µm. Darüber hinaus galt es bei der typischen Geometrie eines Steckverbinders zu verhindern, dass es beim Messen aufgrund der Becherwände zu Abschattungen kommt“, betont Dr.-Ing. Björn Haller, Entwicklungsleiter bei Eberhard. Aus dem Anforderungsprofil der Anwendung kristallisierten sich die verschiedene Kriterien heraus, anhand derer die Ingenieure von Eberhard verschiedene am Markt verfügbare 3D-Kameras verglichen:
- High-Speed Bilderfassung von mindestens 100mm/s und schnelle Auswertung
- Minimaler Triangulationswinkel zur Vermeidung von Verschattung der Pins
- Messstabilität der Pinposition
- Mindestauflösung von 15 bis 20µm
Nach Auswertung der Marktrecherche wurde die 3D-Zeilenkamera 3DPixa Compact 15µm von Chromasens ausgewählt. „Die Geschwindigkeiten der Bildabtastung und -berechnung der Kamera sind im Rahmen der Durchlaufzeit oder sogar schneller. Darüber hinaus liefert die Zeilentechnologie die für genaue Messungen erforderliche Auflösung und ermöglicht eine koaxiale Beleuchtung, die genügend Licht in die tiefen Becher eines Steckergehäuses wirft. Schließlich stehen Kamera und Licht senkrecht zum Objekt und minimieren dadurch Okklusionen“, erläutert Haller die Entscheidung.
