D'altro canto, continuano a essere utilizzate le dimensioni standard dei componenti. Nel settore automobilistico, in particolare, i componenti di grandi dimensioni, come alcuni tipi di connettori, costituiscono la base di standard industriali consolidati e tramandati di generazione in generazione. Di conseguenza, la gamma e la varietà di dimensioni dei componenti che la macchina deve gestire sono in costante aumento.
La produzione di schede multistrato è più conveniente che mai e il loro utilizzo è in crescita, poiché i progettisti adottano ogni misura possibile per miniaturizzare le dimensioni dei prodotti. I componenti a montaggio superficiale sono sempre più distanziati, il che presenta maggiori sfide in termini di illuminazione, come ad esempio le ombre.
Inoltre, con l'aumentare della complessità dell'assemblaggio, ogni scheda presenta un numero maggiore di elementi che devono essere ispezionati. Per far fronte a questo problema, gli algoritmi di ispezione possono essere migliorati e ottimizzati per sfruttare i vantaggi prestazionali offerti dai più recenti motori di elaborazione. L'introduzione dell'intelligenza artificiale in questi motori di elaborazione rappresenta un'entusiasmante novità in grado di migliorare e accelerare drasticamente il rilevamento delle anomalie.
Inoltre, i miglioramenti che facilitano l'utilizzo di apparecchiature AOI (Automatic Optical Inspection) sono importanti per contribuire ad aumentare la precisione e la produttività dei programmi.
Superare gli ostacoli storici
: per garantire che la qualità dell'immagine rimanga nitida anche con la miniaturizzazione dei componenti, è fondamentale ottimizzare l'illuminazione, la risoluzione della telecamera e le caratteristiche dell'obiettivo. Nel più recente sistema YRi-V 3D AOI, Yamaha combina una telecamera da 12 MP con un obiettivo da 5 µm migliorato (Figura 1), oltre agli obiettivi da 12 µm e 7 µm. Durante l'ispezione di assemblaggi a montaggio superficiale ad alta velocità, l'obiettivo ad alta risoluzione facilita l'ispezione anche dei componenti più piccoli, fino alle dimensioni di un chip SMD 0201. Funziona in combinazione con il nuovo sistema di illuminazione coassiale di YRi-V, specificamente progettato per individuare difetti di piccole dimensioni. Questa luce coassiale può essere configurata per l'utilizzo in routine automatizzate fino al livello di ispezione a singolo passaggio, consentendo a YRi-V di identificare difetti come graffi e crepe in componenti come i componenti WLCSP (Wafer-Level Chip-Scale Encapsulated) che presentano una superficie lucida e riflettente.
Figura 1. L'obiettivo ad alta risoluzione consente di catturare con chiarezza anche i minimi dettagli.
Oltre alla maggiore risoluzione dell'obiettivo da 5 µm, il sottosistema di elaborazione delle immagini è stato potenziato con chip GPU (unità di elaborazione grafica) di ultima generazione. Ciò ha accelerato il ciclo di ispezione del 60-100%. L'effetto combinato dell'obiettivo migliorato e della tecnologia di elaborazione fornisce un aumento simultaneo della risoluzione e della produttività dell'ispezione.
Tuttavia, le dimensioni ridotte dei componenti rappresentano solo un aspetto delle sfide poste dai più recenti design dei circuiti stampati. Poiché i progettisti di circuiti stampati sfruttano la produzione multistrato a basso costo per integrare più funzionalità su circuiti stampati più piccoli, i componenti vengono distanziati sempre più ampiamente sulla superficie del circuito stampato con ogni successiva generazione di prodotti.
Sebbene i circuiti stampati multistrato offrano nuove interessanti opportunità ai progettisti, rappresentano anche una sfida per l'ispezione. In particolare, i componenti di piccole dimensioni, come i chip SMD, possono creare punti ciechi se posizionati accanto a componenti più grandi, ostruendo una visione chiara dei pin di I/O del componente più grande e dei relativi pad di saldatura. Al contrario, i componenti più grandi possono proiettare ombre su quelli più piccoli, come i chip SMD posizionati tra di essi, impedendo la valutazione delle terminazioni di saldatura, delle marcature superficiali e della polarità.
Le nuove funzionalità, tra cui un proiettore a 8 vie (Figura 2), disponibile con il sistema Yamaha YRi-V, superano efficacemente questi problemi. La distanza massima di misurazione è stata inoltre estesa a 25 mm. Il proiettore migliorato elimina le ombre garantendo un'illuminazione uniforme di tutti gli elementi all'interno del campo visivo. La maggiore capacità di misurazione consente un'ispezione accurata, gestendo al contempo un'ampia gamma di dimensioni di componenti, dai più piccoli ai più grandi.
Figura 2. L'illuminazione migliorata elimina ombre e punti ciechi.
AOI potenziato dall'IA:
mentre le prestazioni GPU di nuova generazione della macchina hanno consentito un'elaborazione delle immagini e un rilevamento dei difetti più rapidi, l'intelligenza artificiale (IA), o apprendimento automatico, è pronta a portare nuove capacità rivoluzionarie all'AOI, proprio come ha fatto in molti altri aspetti della tecnologia industriale e di consumo.
All'avanguardia in questo settore, il sistema YRi-V di Yamaha ha introdotto nuove importanti funzionalità basate sull'IA per semplificare la configurazione e il funzionamento delle apparecchiature. Queste includono la corrispondenza automatica della libreria dei componenti, che utilizza il deep learning per identificare i tipi di componenti dalle immagini e consentire così la selezione automatica della libreria di componenti ottimale. Inoltre, l'IA viene utilizzata per assistere nella misurazione 3D dei componenti al fine di generare dati per i componenti non presenti in alcuna libreria esistente. Infine, l'IA viene utilizzata per analizzare le immagini acquisite e contribuire a determinarne l'accuratezza. Ciò combina un elemento di certezza basato sulla macchina con la flessibilità dell'ispezione visiva umana, risultando in un giudizio di superamento/fallimento rapido, accurato e ripetibile.
Ispezione a quattro angoli e algoritmi
: storicamente, i difetti di saldatura sono i più difficili da analizzare per i sistemi AOI. Alcuni difetti, come quelli di tipo "head-in-pillow" che si verificano quando la saldatura non aderisce correttamente alla terminazione del componente, sono notoriamente difficili da rilevare con apparecchiature e metodi convenzionali. Anche i ponti di saldatura possono essere difficili da identificare con certezza.
Le telecamere di ispezione a quattro angoli di Yamaha hanno contribuito a superare queste difficoltà, acquisendo immagini da angolazioni oblique e consentendo al sistema di ottenere un quadro completo di ogni punto di ispezione. Il sistema YRi-V aggiorna queste telecamere con una risoluzione di 20 megapixel per catturare dettagli più precisi. In combinazione con l'aggiornamento della telecamera, gli algoritmi di ispezione 4D migliorati sfruttano le maggiori informazioni dell'immagine per ottimizzare il rilevamento di problemi come ponti di saldatura e difetti di tipo "head-in-pillow".
Generazione di programmi e software:
alcuni sistemi AOI offrono prestazioni ottimali se installati in linea con altre apparecchiature che utilizzano la stessa piattaforma software. Un approccio più aperto, come quello adottato da Yamaha, consente agli utenti di sfruttare appieno il potenziale del proprio sistema AOI integrandolo con qualsiasi tipo di apparecchiatura presente sulla linea. In particolare, la generazione rapida dei programmi è possibile grazie al software YSUP di Yamaha, open-source e senza licenza.
Il software YSUP, completo e versatile, può convertire i dati di ispezione direttamente da CAD/CAM o YGX e supporta di serie anche i dati Gerber. Inoltre, la funzionalità YSUP del software di programmazione offline YRi-V consente di creare programmi AOI da dati ODB++ senza la necessità di un file YGX. Se il modello del PCB è presente nei dati ODB++, può essere importato come immagine semplificata per facilitare il posizionamento dei nuovi componenti tramite la stazione di programmazione offline. Ciò elimina la necessità per i programmatori di prendere il controllo del sistema AOI di fabbrica per scansionare il PCB e creare un'immagine modello, evitando così interruzioni alla normale produzione.
Il software genera e visualizza automaticamente immagini virtuali del circuito stampato di produzione senza richiedere competenze specifiche. Altre funzionalità automatizzate includono il rilevamento di eventuali componenti a foro passante, con la possibilità di generare i relativi dati di ispezione. Nuove funzionalità consentono anche la regolazione dei dati, come il rilevamento automatico delle aree di ispezione in base alla forma dei componenti e alla posizione dei pad. Questo aumenta la praticità ed elimina la necessità di telai di ispezione. Inoltre, il software determina automaticamente le impostazioni dei parametri di illuminazione per garantire un'illuminazione ottimale, riducendo al minimo tentativi ed errori e la dipendenza dall'esperienza dell'utente. La correzione automatica della posizione, basata sull'entità del disallineamento dei componenti, riduce ulteriormente l'intervento dell'operatore. Insieme, queste funzionalità possono ridurre i tempi di configurazione dei dati fino al 50%.
Conclusione:
i principali assemblatori di elettronica di oggi necessitano di un sistema di imaging ottico applicato (AOI) per continuare a migliorare la produttività. Sono necessarie soluzioni per le sfide ricorrenti, come i difetti difficili da identificare. Inoltre, i sistemi AOI più recenti devono anche affrontare le sfide poste dalle nuove tecnologie, come i circuiti stampati multistrato ad alta densità.
Le più recenti tecnologie di elaborazione delle immagini, così come tecniche all'avanguardia come l'apprendimento automatico, sono ora necessarie per migliorare il rilevamento dei difetti e accelerare l'analisi delle immagini e la programmazione. La nuova generazione di sistemi AOI che sta entrando nel mercato introduce anche un'illuminazione multi-angolo superiore, una risoluzione delle immagini più elevata e un software intuitivo per la configurazione e la gestione, fornendo agli operatori gli strumenti per affrontare le sfide future.
