Automatische Bauteilzählung Für den vollen Durchblick

Stillstandszeiten an SMD-Linien darf es in Produktionsprozessen nur während geplanter Um- oder Aufrüstung geben. Nicht mangels Kenntnissen über den exakten Materialbestand. Die Einbeziehung der Komponentenzählung als Teil der täglichen Bestandsführung ist ein Schlüssel zum störungsfreien Betrieb.

Tagesaktuelle Bestandskenntnisse oder die permanente Inventur sind wichtige Voraussetzungen im SMT-Prozess. Auch in den produktionsstärksten Unternehmen sind die Beschaffung und die Verwaltung des Materials Tätigkeitsfelder, denen keine Kernkompetenz zugesprochen wird und die deshalb oft als irrelevant angesehen werden (Bild 1).

Hochgeschwindigkeitszählung von Bauteilen

Stillstände an den Maschinen produzieren Kosten und verschwenden Ressourcen: Express- und Overnight-Lieferungen oder sonstige Zuschläge kommen zu der Suche nach zusätzlichen Bauteilen, Sonderbeschaffungen und verlorenen Komponeneten hinzu. Bei richtiger Lagerung der elektronischen Bauelemente mit einer präzisen Zählung kann das vermieden werden.

Hinzu kommt der Zeitaufwand, den das manuelle Zählen der Komponenten mit sich bringt. Das dauert oft bis zu fünf Minuten pro Gebinde, insbesondere wenn noch die digitale oder analoge Erfassung und Aktualisierung der Ergebnisse berücksichtigt wird.

Um die Herausforderungen der Industrie zu lösen, hat Optical Control in Zusammenarbeit mit führenden Elektronikherstellern den OC-SCAN-CCX entwickelt: Ein wartungsfreies Röntgensystem, das für die Stückzählung entwickelt wurde (Bild 2).

Speziell entwickelte intelligente Algorithmen

Die OC SCAN-CCX-Technologie verwendet kein generisches Bildanalysepaket, das an die Aufgabe der Zählung von SMD-Rollen angepasst ist. Die Zähl-Algorithmen wurden speziell für die Aufgabe der Bauteilzählung von Grund auf entwickelt und optimiert. Dies führt, laut Hersteller, zu einer flexiblen und leistungsstarken Bildanalyseleistung, die gleichzeitig schnell und effizient ist (Bild 3).

Die Maschine ist mit einem modellfreien Ansatz zur Stückzählung ausgestattet, der keine vorinstallierten Bilddatenbank oder Cloud-Lösungen erfordert.

Stattdessen analysiert die Software die Bilder, erkennt die Teile und parametriert vollautomatisch. Außerdem baut sie kontinuierlich Gebindedatenbanken auf und verwendet die gesammelten Zählinformationen erneut, um die Zykluszeit bei der Nachzählung zu verkürzen. Im laufenden Betrieb und ohne Unterbrechung lernt der Operator die Software ein.

Allerdings hat jedes automatische Verfahren seine Grenzen und liefert gelegentlich nicht das richtige Ergebnis. In diesem Fall bietet der CCX einen integrierten, beispielbasierten Lehrmodus. Schnell und intuitiv ist das komplexe Bildanalysesystem vom Benutzer zu erlernen. Sollte ein Unternehmen nicht jedem Bediener die Durchführung eines solchen Anlernmodus gestatten, können die Vorgänge zur Bearbeitung durch speziell geschultes Personal gespeichert werden.

Rein in die Komfortzone

Die äußere Zelle kombiniert eine kompakte Grundfläche (0,67 m²) mit ergonomischer Flexibilität. Beim Stehen oder Sitzen kann der Benutzer die Arbeitshöhe einstellen oder die Maschinenausrichtung ändern (Bild 4).

Flachdetektoren ermöglichen eine One-Shot-Standbildaufnahme bis zu 17 Zoll. Der Bilddetektor ist ohne Bewegungsachse montiert, die durch äußere Vibrationen oder Stöße die Bildaufnahme beeinflussen könnte. Es ist kein Zusammenfügen mehrerer Bilder erforderlich.

Letztendlich führt das intelligente Design zu einer kurzen Erfassungszeit und so wird die Gesamtzykluszeit reduziert. Die im CCX verwendeten einfach standardisierten Detektoren sind in medizinischen Anwendungen verwurzelt, wurden aber für den industriellen Einsatzbereich weiterentwickelt. Weil diese Detektortypen in Standardgrößen erhältlich sind, von vielen Lieferanten angeboten und ständig aktualisiert werden, verspricht der CCX-Hersteller Langlebigkeit, Verfügbarkeit und Zukunftssicherheit.

Das Entwicklungsteam integrierte eine einfache, benutzerfreundliche Bedienoberfläche mit einer breit konfigurierbaren und anpassbaren Software. Über Schnittstellen kann der CCX mit jedem Softwaresystem eines Drittanbieters verbunden werden, um Mengen automatisch zu aktualisieren oder Chargendaten abzurufen. Es ist auch möglich, mit kundenspezifischen Softwaremodulen die Bedürfnisse der Kunden zu erfüllen. Im EMS-Bereich gehört es zum täglichen Geschäft, sich immer wieder an neue Arbeitsprozesse anzupassen und sich gleichzeitig in eine vielfältige IT-Infrastruktur zu integrieren.

EMS-Software für die Elektronik- industrie

Es ist wichtig, das Röntgensystem in enger Kooperation mit einem mittelständischen EMS-Unternehmen, der die neueste Version des CCX kontinuierlich in der eigenen Produktion einsetzt und testet, zu entwickeln. Ein großes Angebot an gängigen SMD-Rollen zur Verfügung zu haben, ist ein Vorteil im Vergleich zum Testen weniger zufällig ausgewählter Gebindearten.

Die Software wird täglich von Bedienern und Vorgesetzten in einem realen Elektronikproduktionsprozess bewertet und validiert. Innerhalb mehrerer Jahre wurde der CCX mit vielen Komponenten und Anforderungen konfrontiert. Zusätzliche Optionen wurden hinzugefügt, um ihn im Logistik- und Produktionsprozess effiezient zu machen.

Ein Gruppenzählmodus ermöglicht, Zählergebnisse und zugehörige Informationen zu gruppieren: Inventurzählung und generische Gruppenzählung. Die Inventurzählung ermöglicht, alle verfügbaren Informationen über die Rollen während eines Inventurzählungsprozesses zu sammeln und erzeugt einen Bericht für den Endverbraucher. Die generische Gruppenzählung ermöglicht die Bildung von Kategorien oder Clustern mit zusätzlicher Flexibilität bei der anschließenden Ergebnisbehandlung. Zusätzlich bietet der OC-SCAN-CCX einen Inspektionsmodus für die 2D-Qualitätsprüfung von elektronischen Bauteilen und Leiterplatten.

Um ein korrektes Handling zu gewährleisten, ist die neueste Option aus dem Entwicklungszentrum der Quad-Count-Modus mit sensorischer Erkennung der eingelegten Rollen. Nach dem Scannen des Barcodes der Rolle kann der Bediener die Rolle in einen der markierten Quadranten in der Maschine legen. Sensoren erkennen nun die Platzierung der Rolle und die Software visualisiert die richtige Position. Der Quad Count erhöht die Zählgeschwindigkeit. Bei vier 7“-Rollen benötigt der OC-SCAN-CCX weniger als 20 Sekunden, um das Ergebnis anzuzeigen. »Die Quad Count ist ein großer Vorteil unserer Maschine. Die Zählzeit verkürzt sich auf weniger als fünf Sekunden für eine 7“-Rolle«, sagt Bernd Will, Produktmanager bei Optical Control.

Seit seiner Entwicklung im Jahr 2013 ist der Bauelementezähler in der Lage, Barcode-Formatprüfungen und regelbasierte Syntaxanalyse durchzuführen. Mit einer vorkonfigurierten Regel überprüft die Software, ob der Bediener den richtigen Barcode auf der Rolle scannt. Es ist auch möglich, mehrere Barcodes nacheinander auf einer Rolle zu scannen, um eine vollständige Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten.

Zusätzlich verfügt das Röntgensystem über eine integrierte Plausibilitätsprüfung, die den Bediener unterstützt und sicherstellt, dass das Zählergebnis korrekt und sinnvoll ist. Mögliche Fehlerpositionen werden optisch markiert. Für den vollautomatischen Einsatz und die Handhabung des Zählens ist das eine Voraussetzung. »Die Software hilft dem Bediener, Fehler zu vermeiden und korrekte Zählergebnisse und persistente Daten zu gewährleisten. Wir haben uns gezielt darauf konzentriert, die Zählung so ausfallsicher wie möglich zu gestalten, um zu verhindern, dass aufgrund von Bedienungsfehlern falsche Ergebnisse in ein ERP-System übertragen werden«, sagt Dr. Jan Richarz, Leiter der Forschung und Entwicklung bei Optical Control. Der OC-SCAN-CCX bietet auch mehrere Möglichkeiten für die Nachbearbeitung und Handhabung der Ergebnisse, einschließlich der Möglichkeit einer vollständigen kundenspezifischen Systemintegration.

Schutz vor Strahlung

Bei einem Röntgensystem steht die Strahlensicherheit im Vordergrund. Alle OC-SCAN-CCX-Modelle übertreffen die Sicherheitsanforderungen der amerikanischen FDA und der deutschen Strahlenschutzverordnung. Zu den Sicherheitsmaßnahmen gehören überwachte Strahlungswarnleuchten, ein überwachtes mechanisches Türschloss, ein dreifach gesicherter Röntgengenerator (Verriegelungsrelais mit Türschloss, mechanischer Trennschalter für die Röntgenstromversorgung an der Tür, Schlüsselschalter) und Software-Watchdogs für die Steueranschlüsse. Das Röntgensystem wird im gepulsten Modus betrieben, die Strahlung wird also nur für eine kurze Zeit erzeugt, immer nur dann, wenn sie tatsächlich für die Bildaufnahme benötigt wird.

Bei Strahlungsemissionen fordert die amerikanische FDA eine Emission von weniger als 0,5 mR/h (ca. 5 µSv/h) an jeder zugänglichen Oberfläche. Die deutschen Vorschriften sind strenger und setzen den Grenzwert auf 3 µSv/h fest. Die interne Akzeptanzgrenze von Optical Control ist noch niedriger, nämlich 0,5 µSv/h. Sollte der OC-SCAN-CCX diesen Wert während des typischen Betriebs zu irgendeinem Zeitpunkt überschreiten, wird er nicht zur Auslieferung freigegeben. Aktuelle Messungen zeigen, dass die Emission nahe Null liegt. Bei der Messung von Strahlungsemissionen wird jeder OC-SCAN-CCX mindestens zweimal umfassend geprüft und auf Strahlensicherheit gemessen: einmal bei der Endabnahme vor Verlassen des Werkes und erneut beim Kunden im Rahmen der Installation.     sd

Die Nordson Corporation hat zum 1. Juli 2019 Optical Control übernommen

Optical Control erfand die automatische Komponentenzählung auf Basis der Röntgentechnologie. Das System vereinfacht die Materialwirtschaft in der Elektronikindustrie. Mittlerweile hat sich das System weltweit zur Standardausrüstung in der Industrie-4.0-SMT-Fertigung durchgesetzt.

Optical Control wird Teil der Produktlinien von Nordson Electronic Solutions innerhalb des Segments Advanced Technology Systems von Nordson. Diese Akquisition baut auf den Erfahrungen des Unternehmens auf, deren strategisches Ziel die Diversifizierung der Test- und Inspektionskapazitäten ist. Mit der vollautomatischen Bauteilzählung verbessert und erweitert Nordson das Spektrum für seine Elektronikkunden weiter. Das System OC-SCAN-CCX wird voll integriert in die neue Produktlinie Assure und wird Teil des weltweiten Nordson-Netzwerks.