ATEcare »3D-AOI – es gibt keine 'schönen' 3D-Bilder!«

Was steckt also wirklich dahinter?

Keine Frage, neben den Aufnahmen aus der gewohnten 2D-Welt ergeben sich mit neuen optischen Abtasttechnologien jetzt auch Möglichkeiten, pixelgenau Höhenmessungen zu machen, daraus Winkel, Positionen, Volumen etc. zu bestimmen und das prozessrelevant einfließen zu lassen.

Das wurde nicht explizit für die Elektronikproduktion erfunden – in vielen Branchen der metallverarbeitenden Industrie waren solche Oberflächenbetrachtungen und -Analysen schon lange im Einsatz. Es gäbe viele messtechnische Möglichkeiten, sich der Thematik zu nähern, aber jede hat nun mal ihre Vor- und Nachteile (Bild 1).

Bei den modernen 3D-AOI-Systemen hat sich das Streifenlichtverfahren…

...weitestgehend durchgesetzt, weil es entsprechend einfach zu handhaben, technisch leicht implementierbar und sicher ist, die Datenmengen zu bewerkstelligen sind und es auch inlinetauglich integriert werden kann. In den Broschüren tauchen dann Technologiebezeichnungen wie Moiré, Streifenlicht, Phasenverschiebungsmethode auf.

Zum Nachrechnen:…

V = a · b · h; h = φ/2π · λT; λS = p/tanα, wobei φ die aus dem Streifenbild ermittelte Phase, λT die Wellenlänge und p die Streifenperiode des projizierten Streifengitters darstellen.

Dabei werden Streifenmuster auf die Oberfläche aufgebracht, die bei entsprechenden Höhenveränderungen eine andere Struktur erhalten und über die oben genannten mathematischen Ansätze dann pro Bildpunkt den errechneten Höhenwert ergeben.

Auch in der metallverarbeitenden Industrie…

...ist man schon auf die diversen Schwierigkeiten gestoßen, die dann auf Basis der optischen Effekte auftreten – speziell Reflexionen verfälschen die Messwerte und Abschattungen verhindern das Aufnehmen von Messwerten.

Das Reflexionsgesetz besagt,…

...dass der Ausfallswinkel genau so groß ist wie der Einfallswinkel, α = β – sprich, nicht alle möglichen Messwerte sind aufnehmbar. Es treten auch Artefakte auf, die einen unbeabsichtigten Unterschied zur Bildquelle darstellen. Eine so abgetastete Oberfläche erscheint dann mit vielen Zacken versehen und entspricht nicht mehr dem Original.

Bei metallischen Oberflächen werden daher gerne…

...Emulsionen aufgebracht, um diese Effekte zu minimieren – ein echtes NoGo in unserer Elektronikwelt.

Gerade die Lotstellen, die wir ja nun vor allem bei kleiner werdenden Bauteilen recht genau vermessen wollen, reflektieren aber das Licht sehr stark (Bild 2 und 3).