Inspección de rayos X automatizada

En la industria de las placas de circuito, un número cada vez mayor de piezas y placas están demostrando ser difíciles de inspeccionar con la inspección óptica automatizada (AOI) porque la soldadura es invisible. Además, aumentan los requisitos de alta calidad, como la fuerza de unión de la industria del automóvil y la inspección de la superficie completa de la soldadura. Para abordar estas necesidades, Omron ha introducido una nueva tecnología para realizar inspecciones dentro del tiempo requerido en línea (la velocidad a la que se debe completar un producto para satisfacer la demanda del cliente). Este ha sido uno de los requisitos más desafiantes para los equipos de inspección automática de rayos X de tomografía computarizada (TC). Para la tecnología de imágenes continuas, se requiere un control de posicionamiento de alta precisión y una detección de imágenes de alta velocidad.

El caso de un nuevo método de inspección

En los últimos años, se han realizado notables avances tecnológicos en vehículos eléctricos (EV), sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) e incluso conducción automatizada. Para el mundo del montaje de placas de circuitos, esto significa un movimiento hacia una mayor densificación, mientras que un número cada vez mayor de piezas y PCB tienen uniones soldadas visualmente inaccesibles que dificultan la inspección visual. Los ejemplos típicos de estos incluyen chips sin filete y matrices de rejilla de bolas (BGA) con juntas de soldadura dispuestas en la parte inferior del paquete.

La industria automotriz impone requisitos de garantía de calidad particularmente estrictos para proteger a los consumidores, y a menudo se requiere que los proveedores realicen inspecciones de tableros de circuitos de superficie completa en línea (en lugar de inspecciones de muestreo) y midan formas de soldadura e inspeccionen hasta la fuerza de unión. A esto se suma el problema de la escasez de trabajadores de línea, que es en parte responsable del rápido aumento actual en la demanda de inspecciones automatizadas de alta precisión y calidad.

Por lo tanto, los eventos en la industria del montaje, como los problemas de calidad de la placa de circuito y las paradas de la línea de producción, pueden presentar riesgos graves para los clientes. Una salida de placas de circuito defectuosas conduciría inmediatamente a una crisis que podría amenazar la seguridad de las personas y la sociedad. Por esta razón, es más importante que nunca proporcionar un mecanismo que evite la salida de placas de circuito defectuosas al mercado.

En respuesta a estas tendencias, Omron desarrolló su sistema AXI (inspección automatizada de rayos X), que se ha vuelto ampliamente utilizado en las líneas de producción de tecnología de montaje superficial (SMT) gracias a su capacidad para inspeccionar elementos visualmente inaccesibles, como juntas de soldadura en la parte inferior de las piezas. . Sin embargo, debido al problema con el tiempo takt, se ha utilizado un modelo convencional principalmente para inspecciones de muestreo fuera de línea o solo para inspecciones en línea de partes clave.

Este artículo presenta un resumen de las tecnologías empleadas para el sistema automatizado de inspección por rayos X CT en línea de la serie VT-X750 (Figura 1) para mejorar este problema y lograr velocidades suficientes para el uso en línea en los procesos de montaje de placas de circuitos automotrices, lo que permite garantizar la calidad de placas de circuito en grandes cantidades.

Lograr una alta calidad de imagen con AXI basado en CT

Los principales tipos de métodos de diagnóstico por imágenes basados ​​en rayos X incluyen rayos X bidimensionales (2D), tomosíntesis y tomografía computarizada. El método de rayos X 2D se utiliza para obtener una imagen por disparo con una fuente de rayos X, una pieza de trabajo y una cámara de rayos X dispuesta verticalmente (Figura 2). La imagen proyectada por este método se registra como datos bidimensionales. Si bien es capaz de adquirir imágenes en menos tiempo, este método es inferior a los otros métodos en términos de calidad de imagen porque la cantidad de datos que maneja es pequeña.

El método de tomosíntesis se utiliza para obtener un cierto número de imágenes de una pieza de trabajo en una posición relativa a una fuente de rayos X o una cámara de rayos X dentro de un rango angular limitado. Este método permite la adquisición de imágenes tomográficas con las alturas deseadas resaltadas (Figura 3). Aunque requiere más tiempo que el método de rayos X 2D, la tomosíntesis permite una adquisición de imágenes más rápida que el método de TC y es superior al método de rayos X 2D en términos de calidad de imagen. Debe tenerse en cuenta que si las imágenes tomográficas se capturan a una distancia suficiente de la posición de enfoque de la fuente de rayos X o de la cámara, tienden a ser más borrosas que las imágenes de TC.

El método CT se utiliza para obtener una serie de imágenes de una pieza de trabajo en una posición relativa a una fuente de rayos X o una cámara durante una rotación de 360 ​​grados y reconstruirlas en datos tridimensionales (3D). Este método maneja un mayor volumen de datos que los otros métodos y, por lo tanto, proporciona la mejor calidad de imagen. Su fortaleza es que permite la extracción y el uso no solo de datos de dirección plana horizontal, sino también datos de dirección de altura de los datos 3D reestructurados. Incluso cuando se captura lejos de la posición de enfoque de la fuente de rayos X o de la cámara de rayos X, una imagen tomográfica con este método tendrá una calidad de imagen clara y poco borrosa. Por otro lado, este método requiere más tiempo para la adquisición de imágenes y, por lo general, administra una dosis más alta a la pieza de trabajo.

La solución AXI

Omron adoptó un nuevo método de inspección que puede identificar los puntos deseados en datos 3D y realizar un diagnóstico basado en imágenes para inspeccionar con precisión la forma de cada superficie de unión de soldadura. La solución AXI de Omron aprovecha el método CT y permite realizar inspecciones de alta precisión sin restricciones en la parte inferior de la placa de circuito. Sus principales componentes técnicos consisten en hardware que es capaz de realizar una detección segura y de alta precisión, junto con un software que permite un control de alta velocidad con una excelente capacidad de respuesta.

El hardware consta principalmente de componentes mecánicos, eléctricos y de imagen. Por lo tanto, los parámetros de diseño, como la seguridad electromecánica, el blindaje, la precisión del movimiento del eje, la capacidad de respuesta del control, la calidad de la imagen y la tasa de generación de imágenes, juegan un papel importante para garantizar el rendimiento del sistema. La parte de software del sistema consiste en un optimizador de ensamblaje para correcciones de diferencia de máquina, una aplicación principal para el desarrollo de programas de inspección, un proceso de reconstrucción para convertir imágenes capturadas en datos 3D y un algoritmo utilizado para realizar las inspecciones de los datos 3D obtenidos. Estos componentes técnicos están relacionados entre sí de manera compleja y deben trabajar juntos sin problemas dentro de cada módulo de función para inspecciones de alta precisión y alta velocidad. Esto es particularmente importante para la adquisición de imágenes de TC de alta calidad, que es el núcleo de esta tecnología y proporciona el rendimiento básico de los dispositivos de imágenes, diseño y control de geometría de alta precisión, y algoritmos de inspección y procesamiento de corrección sólidos.

Las siguientes secciones analizan cada una de estas capacidades.

1. Funcionamiento básico de los dispositivos de imagen (FPD y rayos X.

Referencias

• Sugita, S. Tecnología de inspección CT de alta velocidad para una cobertura más amplia del aseguramiento de la calidad del montaje (en japonés) . Actas de la 52.ª sesión de soldadura, Sociedad Japonesa de Soldadura, 2011, pág. 4.
• Sociedad Japonesa de Tecnología Radiológica (edición supervisora). Ichikawa, K.; Muramatsu, Y. eds., Medición estándar de imágenes de TC de rayos X (en japonés) . Ohmsha, 2009, págs. 27-28.