Dreidimensionale Prüfbilder mit nur einer Kamera

Dank ausgeklügelter Belichtungstechnik ist es Omron gelungen, mit nur einer Kamera und einer Aufnahme hochauflösende, dreidimensionale Bilder zu generieren.

Mit einem Auge kann der Mensch nicht dreidimensional sehen. Das Gleiche gilt auch für Kamera-Systeme, die in Maschinen zur automatischen Leiterplatten-Inspektion eingesetzt werden. Um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen, sind üblicherweise mehrere Kameras notwendig oder man muss aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommene Bilder der gleichen Kamera miteinander kombinieren. Omron hat dazu jedoch eine praxisgerechtere Alternative entwickelt.

Um verlässliche Prüfergebnisse zu erzielen geht Omron deshalb bei seinen AOI-Maschinen einen anderen Weg: Hier liefert eine einzige Kamera aussagekräftige Prüfbilder mit 3D-Informationen und das mit Auflösungen hinunter bis 10 µm (Kantenlänge eines einzelnen Pixels). Die Grundlage dafür schafft ein patentiertes Verfahren, das in einer Beleuchtungseinheit drei verschiedene Farbringe miteinander kombiniert und auf dem physikalisch-optischen Prinzip »Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel« aufbaut.

Die Leiterplatte wird hierzu von einer RGB-Einheit beleuchtet. Im 360° ringförmig angeordnete rote, grüne und blaue LEDs senden aus unterschiedlichen Höhen und damit auch unterschiedlichen Einfallswinkeln ihr jeweiliges Licht auf das Bauteil. Der rote Lichtring ist dicht an der Kamera angeordnet. Sein Licht trifft aus einem sehr steilen Winkel auf das Objekt. Es kann folglich nur von flachen Prüfoberflächen oder Ebenen in die Kamera reflektiert werden. Der blaue Lichtring dagegen ist sehr flach über dem Prüfobjekt angeordnet und strahlt in einem flachen Winkel ein. Dadurch erreichen nur Reflexionen von steilen Kanten die Kamera. Zwischen den beiden Lichtringen ist der grüne platziert. Der Wert seines Einfallswinkels liegt zwischen denen der beiden anderen. So wird nur grünes Licht von leichten Anstiegen der Prüfoberfläche in die Kamera zurückgeworfen. Die Kamera selbst arbeitet mit drei Chips (je 1250 x 1000 Pixel).

Eine Farbbildverarbeitung berechnet daraus dann Position, Größe und Form der roten, grünen und blauen Bereiche. Am Ende steht ein aussagekräftiges Prüfergebnis mit 3D-Informationen.
Die Vorteile der hochauflösenden Ein-Kamerasysteme lassen sich bei jeder Prüfaufgabe und jedem Automatisierungsgrad nutzen.

Omron bietet unterschiedliche Varianten des Ein-Kamera-AOI-Systems für 3D-Vermessungen an. Der Anwender hat die Wahl zwischen einer reinen Endkontrolle der Leiterplatte oder AOI-Maschinen, die jeden einzelnen Produktionsschritt kontrollieren.