In Broschüren stehen Megapixel und Stückzahlen pro Minute im Vordergrund. Beides spielt in der Fertigung keine Rolle. Bei der Herstellung von Befestigungselementen, Steckverbindern und Gummiformteilen wird die Ausbeute bereits vor der Bestellung festgelegt, wenn ein Wert in einer bestimmten Einheit akzeptiert wird, ohne dass dieser in Mikrometer umgerechnet wird.
Bei der Auswahl einer optischen Sortiermaschine müssen neun Spezifikationen danach bewertet werden, inwieweit sie die Ausbeute beeinflussen: Auflösung in Mikrometern pro Pixel, Anzahl der Kameras und Erfassungsbereich, Beleuchtung, Zuführungsarchitektur, Durchsatz bei Beladung, Genauigkeit unterteilt in „Escape“ und „False Reject“, Auswurfleistung, Software und Umrüstung sowie mechanische Stabilität. Die ersten vier Parameter bestimmen, was die Maschine erkennen kann, die nächsten drei, wie sie das Gesehene verarbeitet, und die letzten beiden, ob die Maschine ein Produktionsjahr übersteht.
Die folgenden Abschnitte folgen der Reihenfolge, in der diese Entscheidungen getroffen werden sollten, da ein Fehler bei der Festlegung nicht durch ein späteres Upgrade korrigiert werden kann.
1. Optische Auflösung: Mikrometer pro Pixel, nicht Megapixel
Die Auflösung sollte als die physikalische Fläche angegeben werden, die ein Pixel auf der Oberfläche des Bauteils einnimmt, wobei der kleinste zu erkennende Fehler mindestens drei Pixel und jede zu messende Abmessung fünf oder mehr Pixel umfassen muss.
Die Pixeläquivalenz entspricht der Bildfeldbreite geteilt durch die Anzahl der horizontalen Pixel. Ein 5-Megapixel-Sensor mit 2.448 horizontalen Pixeln, der ein Bildfeld von 24 mm abbildet, liefert etwa 9,8 Mikrometer pro Pixel – ausreichend, um Defekte von knapp 30 Mikrometern zu erkennen und solche von knapp 50 Mikrometern zu messen. Derselbe Sensor liefert bei einem Bildfeld von 60 mm 24,5 Mikrometer pro Pixel und übersieht dabei alle Defekte unterhalb von etwa 75 Mikrometern.
| Zu erkennende Fehlergröße | Auflösung und passende Hardware |
| 100 Mikrometer und mehr, z. B. gemischte Teile | 2-MP-Sensor, Weitwinkel, Objektiv mit fester Brennweite |
| 30 bis 50 Mikrometer, wie z. B. Grate und Lücken in der Beschichtung | 5-MP-Sensor, Bildwinkel unter 25 mm, geringe Verzeichnung |
| 10 bis 20 Mikrometer, wie z. B. Grate an 0,1-mm-Anschlüssen | 12-MP-Sensor oder telezentrische Optik, Bildfeld unter 10 mm |
| Unter 10 Mikrometer | Stationen mit engem Sichtfeld, telezentrische Optik, isolierter Rahmen |
Gehen Sie vom Defekt ausgehend rückwärts vor: dessen kleinste Abmessung mal drei, geteilt durch das breiteste Sichtfeld, das das Bauteil zulässt. Bei der Bearbeitung lassen sich Details, die die Optik nie erfasst hat, nicht wiederherstellen; daher bringt eine Verengung des Sichtfelds und der Halterung einen größeren Vorteil als ein größerer Sensor. Für die Maßprüfung ist telezentrische Optik erforderlich; bei der Oberflächenprüfung ist ein Objektiv mit einer Verzerrung von unter 0,1 Prozent zulässig.
2. Anzahl der Kameras und Erfassungsbereich
Die Anzahl der Kameras richtet sich nach den Oberflächen, die Fehler aufweisen, und nicht nach dem Durchsatzziel. Der häufigste Fehler tritt bei Maschinen auf, die zwar die Oberseite einwandfrei abbilden, jedoch die Gewindeflanke, die Unterseite eines Schraubenkopfes oder die Schnittkante eines gestanzten Kontakts nicht erfassen.
Schattieren Sie jede Oberfläche, an der jemals ein Fehler festgestellt wurde, und fragen Sie dann, welche davon eine Kamera bei einer bestimmten Ausrichtung erfasst. Ein Teil, das auf einer Glasscheibe aufliegt, zeigt eine Fläche; ein Teil, das an einer Linse vorbeirolt, zeigt eine unvorhersehbare Mischung. Vier Kameras, die ein rotierendes Teil zu vier verschiedenen Zeitpunkten abbilden, beschreiben vier verschiedene Teile.
| Teiltyp | Ansichten, die über die Akzeptanz entscheiden |
| Schrauben, Bolzen und Muttern | Kopfoberseite, Kopfunterseite, Gewindeflanke, Spitze, eine schräge Linie für die Biegung |
| Gestanzte Kontakte und Anschlüsse | Oben, unten, beide Seitenkanten, Schnittkante, an der sich Grate bilden |
| Gegossene Gummidichtungen und O-Ringe | Außendurchmesser, Innendurchmesser, beide Dichtflächen |
| Spritzgussgehäuse | Oben, unten, vier Seitenwände, Markierungen auf der Hohlraumseite |
| Kristall- und Glaskomponenten | Durchlicht-Silhouette sowie zwei reflektierende Ansichten |
Plattformen in der Optische Sortiermaschine Die Kategorien unterscheiden sich weniger in der Anzahl der Sensoren als vielmehr darin, wie viele Ansichten sie gleichzeitig anzeigen können, während das Bauteil stabil gehalten wird. Bohrungen und Gewindegrundflächen erfordern in der Regel eine achsenparallele Messstation, da kein schräger Winkel den Boden einer Bohrung erreicht.
3. Lichtplanung
Die Beleuchtung ist der einzige Faktor, der für den Kontrast verantwortlich ist, und ein Fehler, der unter der gewählten Beleuchtung keinen Kontrast aufweist, kann von keinem Algorithmus erkannt werden. Daher sollten die Proben beleuchtet und geprüft werden, bevor die Auflösung festgelegt wird.
Nicht die Helligkeit, sondern die Geometrie ist entscheidend. Koaxiales Licht wird von flachen, spiegelartigen Oberflächen zurückgeworfen und verwandelt eine Delle in einen dunklen Fleck. Eine Kuppel glättet die Reflexionen, die kurze Aufnahmen in schwarzem Kunststoff verbergen. Das Low-Angle-Dunkelfeld streift die Oberfläche, sodass Grate leuchten, während die flache Oberfläche dunkel bleibt. Gegenlicht hinterlässt eine Silhouette, die sich hervorragend zur Erfassung von Abmessungen eignet, für Kratzer jedoch unbrauchbar ist, und gekreuzte Polarisatoren beseitigen die Blendung, die bearbeitete Teile zurückwerfen.
| Material und Mangel | Eine Lichtgeometrie, die in der Regel funktioniert |
| Bearbeitetes oder beschichtetes Metall, Kratzer und Grate | Dunkelfeld mit kleinem Einfallswinkel, gekreuzte Polarisation, eine Belichtung |
| Dunkler Spritzgusskunststoff, kurze Spritzgussstrecken und Fließspuren | Diffuse Kuppel mit Füllung aus großem Winkel in Hohlräume |
| Transparentes Gummi und Silikon | Hintergrundbeleuchtung für Kanten, koaxial für Verunreinigungen |
| Glas und Kristall, Splitter und Blasen | Dunkelfeld für Chips, Durchlicht für Einschlüsse |
| Baugruppe mit fehlendem Bauteil | Koaxialkabel mit Ring in zwei Farben, sodass sich der Farbton des Zwischenraums verändert |
Bei einigen hundert Teilen pro Minute beträgt die Belichtungszeit einige zehn Mikrosekunden, daher muss das Licht im Takt des Auslösers blinken. Eine Dauerlichtabgabe erwärmt das Gehäuse, und schon ein Wachstum von einem Zehntelmillimeter führt dazu, dass eine 10-Mikrometer-Kante unscharf wird.
4. Zuführmechanismus und Teilehandhabung
Die Zuführarchitektur bestimmt, welche Teilgeometrien die Maschine verarbeiten kann, in welchem Umfang dadurch Handhabungsschäden entstehen und wie lange ein Umrüsten dauert; daher muss sie in der Spezifikation festgelegt werden, bevor die Fördergeschwindigkeit besprochen wird.
Lose Teile müssen vereinzelt, ausgerichtet und lange genug ruhig gehalten werden, um aus mehreren Blickwinkeln abgebildet zu werden. Ein Glasdrehteller transportiert die Teile auf einer transparenten Scheibe, sodass die obere und untere Kamera dieselbe Oberfläche erfassen können – und das schonend genug für plattierte Gewinde. Eine Indexierplatte setzt jedes Teil in eine gefräste Aussparung ein, wodurch die Wiederholgenauigkeit bei Maßprüfungen gewährleistet wird. Ein Förderband transportiert flache Teile kontinuierlich, bietet jedoch nur eine dominante Betrachtungsseite, und eine Vibrationsbahn fördert die kleinsten Teile am schnellsten, bietet dabei jedoch die geringste Ausrichtungskontrolle.
| Fütterungsarchitektur | Optimale Anpassung und Kompromisse |
| Glass turntable | Teile unter ca. 30 mm, schonende Handhabung, Randabdeckung; Kratzer auf der Scheibe |
| Index plate | Feste Aufnahme für reproduzierbare Ausrichtung; Werkzeuge nach Teilenummer |
| Förderband | Flache oder längliche Teile, Durchlauf; an den Seiten und an der Unterseite schwach |
| Rüttelbahn | Sehr kleine Teile bei hoher Stückzahl, niedrigste Kosten; Überlappungen führen zu Fehlauswürfen |
Ein Teil ohne stabile Auflagefläche benötigt eher eine maßgeschneiderte Halterung als eine andere Maschine, und diese Vorrichtung sollte im Angebot zusammen mit der Anlage aufgeführt werden. Eine Plattform wie die Optische Sortiermaschine mit Glasdrehtisch Geeignet für Teile, bei denen beide Flächen und der Außendurchmesser in einem Durchgang gemessen werden müssen. Werkzeuge nutzen sich unbemerkt ab: Eine um 0,05 mm abgenutzte Tasche führt dazu, dass das Teil aus dem Schärfebereich rückt.
5. Durchsatz unter Last, nicht Nennleistung
Die Nennleistung wird anhand eines Prüfpunkts an einem sauberen Probenstrom gemessen, und die für die Planung maßgebliche Kennzahl ist der Durchsatz unter Last, der gemessen wird, während alle Komponenten aktiv sind und Ausschussstücke ausgeworfen werden.
Bei 600 Teilen pro Minute stehen für jedes Teil 100 Millisekunden zur Verfügung, und diese Zeit muss den Transport, die Erfassung über alle Ansichten hinweg, die Verarbeitung, die Entscheidungsfusion, die Auswerferplanung sowie die Bestätigung, dass das Ausschussteil den Fertigungsstrom verlassen hat, abdecken. Eine Maschine, die bei einer Anwesenheitsprüfung 1.200 Teile pro Minute erreicht, kann 500 Teile zurückhalten, sobald zehn dimensionale und optische Prüfmerkmale auf einem 12-Megapixel-Bild ausgewertet werden.
| Taktzeit-Posten | Typische Leistung bei 600 Teilen pro Minute |
| Übertragen, abrechnen und auslösen | 25 bis 35 ms pro Station |
| Erfassung über vier Ansichten hinweg | 15 bis 25 ms |
| Verarbeitung pro Ansicht | 8 bis 20 ms |
| Entscheidungsfusion und Ablehnungsplanung | 3 bis 8 ms |
| Bestätigung der Ausweisung und der Ausreise | 5 bis 10 ms |
Wenn die Gesamtzahl pro Station den verfügbaren Takt überschreitet, benötigt die Linie eine parallele Station, weniger Artikel im schnellsten Rezept oder ein kleineres Feld. Fordern Sie die geladenen Daten mit Angabe der Ausschussquote an und vergleichen Sie das Ergebnis mit der langsamsten vorgelagerten Station.
6. Genauigkeitskennzahlen, die einer Prüfung standhalten
Ein einziger Genauigkeitswert ist nicht akzeptabel, da er die beiden Fehler verschleiert, die Kosten verursachen: Mängel, die bis zum Kunden durchrutschen, und einwandfreie Teile, die fälschlicherweise aussortiert und entsorgt werden. Daher sollten die Durchrutschrate, die Falschausfallrate und die Mitnahmequote separat angegeben werden, jeweils mit einer eigenen Stichprobenmethode.
Entscheidend ist nicht der Anteil korrekt klassifizierter Bilder in einem Laborsatz, sondern die Anzahl der fehlerhaften Teile, die während einer Schicht in den Behälter für einwandfreie Teile gelangen – und diese Anzahl hängt vom Schweregrad, der Ausrichtung und der Lichtstabilität ab.
| Metric | Definition und wie man sie überprüft |
| Escape rate | Anzahl der unentdeckten Mängel geteilt durch die Gesamtzahl der Mängel; Saatgutmenge 200 bis 500 Stück |
| False reject rate | Anzahl der aussortierten einwandfreien Teile geteilt durch die Anzahl der vorgelegten einwandfreien Teile, bei hoher Geschwindigkeit |
| Übertragungsquote | Ausgestoßene einwandfreie Teile im Verhältnis zu den ausgestoßenen fehlerhaften Teilen; dies führt zu Materialverlust |
| Repeatability | Dreißig Durchläufe eines Teils müssen zu identischen Ergebnissen führen |
| Wiederholgenauigkeit der Messung | Wiederholte Messung anhand einer Referenz, je nach aufgebrachter Toleranz |
Die Stichprobenprüfung sollte sich eher an einem anerkannten Schema als an einer Argumentation orientieren. Das AQL-System in ISO 2859-1 stellt chargenweise Pläne bereit, die nach Akzeptanzqualitätsgrenzen geordnet sind, und wandelt so eine vereinbarte Ausschussquote in Schwellenwerte um, die beide Parteien auf ausgelieferte Chargen anwenden können. Bei Programmen, bei denen bereits eine einzige nicht erkannte Grate eine Kundenlinie zum Stillstand bringt, werden Schweregradklassen mit separaten Grenzwerten hinzugefügt, wie sie in diesem Fall angewendet werden Optische Sortierlösung für Kfz-Befestigungselemente. Eine Erhöhung der Empfindlichkeit führt zu weniger Entgleisungen und mehr Fehlausschleusungen, daher hängt das richtige Gleichgewicht von den Kosten der Fehler in den nachgelagerten Prozessen ab.
7. Ausstoßsystem: Düsenbelegung, Reaktionszeit, Luftbedarf
Die Ausstoßleistung entscheidet darüber, ob eine richtige Entscheidung auch zu einer richtigen Aktion führt; daher sollte sie anhand des Düsenabstands im Verhältnis zur Teilungsweite, der Ventilreaktionszeit und des Dauerluftverbrauchs bei der tatsächlichen Taktfrequenz festgelegt werden.
Eine Maschine kann jedes Teil korrekt klassifizieren und dennoch fehlerhafte Teile ausliefern, wenn der Luftstrahl zu spät, zu weit oder gar nicht austritt. Düsen mit einem Abstand von 10 mm können ein 4-mm-Teil nicht isolieren, ohne die benachbarten Teile zu beeinträchtigen. Eine Verzögerung von 10 Millisekunden bei einem Teil, das sich mit 300 mm pro Sekunde bewegt, führt zu einem Positionsfehler von 3 mm, und der anhaltende Luftverbrauch entscheidet darüber, ob der vorhandene Kompressor die Maschine versorgen kann.
| Auswurfparameter | Was man fragen sollte und warum es wichtig ist |
| Düsenabstand und -anzahl | Abstand zum kleinsten Teilabstand; bei zu großem Abstand werden benachbarte Teile übersehen |
| Valve response time | Langsame Ventile verwischen das Ausschussfenster bei Liniengeschwindigkeit |
| Dauerhafter Luftverbrauch | Kubikmeter pro Minute einschließlich Ausschussquote, nicht Spitzenwert |
| Luftqualität | Filterung von Wasser und Öl; Verunreinigungen blockieren Ventile |
| Abflugbestätigung | Ein Sensor meldet, dass das Ausschussprodukt nach links gelangt ist, sodass eine verstopfte Düse nicht unbemerkt bleiben kann |
8. Software, Rezepturen und Umstellung
Die Software legt fest, wie schnell ein validiertes Rezept in der nächsten Schicht und für die nächste Teilenummer reproduziert werden kann; daher gehören Umrüstzeiten, Rezeptversionen und Datenexport neben den Erkennungsfunktionen ebenfalls in die Spezifikation.
Erkennungsmerkmale lassen sich in einer Demonstration zeigen; die Einhaltung von Rezepturen hingegen nicht – und genau das unterscheidet eine Maschine, die mit validierter Leistungsfähigkeit arbeitet, von einer, die auf einen einzigen erfahrenen Bediener angewiesen ist. Ein Rezept sollte die Beleuchtung pro Kanal, die Belichtung, die relevanten Bereiche, Schwellenwerte, die Auswurfverzögerung und die Artikelliste erfassen und versionsverwaltet sein, damit ein Wechsel in der Nachtschicht nachvollziehbar ist. Verlangen Sie eine gemessene Umstellung und vergewissern Sie sich, dass ein bewährtes Rezept auf eine zweite Maschine kopiert werden kann.
Die Datenausgabe ist Teil der Abnahme, wenn der Kunde den Prozess und nicht nur das Produkt prüft. Die Maschine sollte eine dokumentierte Schnittstelle bereitstellen, mit Handshake-Signalen für Start und Stopp sowie einem Standardprotokoll für umfangreichere Daten. OPC UA, gepflegt von der OPC Foundation, ist der gängige Weg in Überwachungssysteme, während EtherNet/IP, PROFINET und Modbus TCP die Verbindungen zu den Steuerungen abdecken.
9. Mechanische Stabilität, Umgebung und Wartungszugang
Die mechanische Stabilität entscheidet darüber, ob die bei der Inbetriebnahme gemessene Genauigkeit thermische Schwankungen, Vibrationen von nahegelegenen Pressen und ein Jahr Produktion übersteht; daher gehören Rahmensteifigkeit, Schwingungsdämpfung und Zugangsmöglichkeiten zur Kalibrierung ebenso zu den Spezifikationen wie die Optik.
Ein Rahmen, der sich zwischen Optik und Werkstück um Mikrometer verbiegt, beeinträchtigt die Wiederholgenauigkeit, wobei das einzige Anzeichen eine schwankende Ausschussquote ist. Bei Werten von 0,01 mm und darunter ist eine Guss- oder Granitbasis eine Frage der Steifigkeit, und sie muss von Stanzpressen isoliert werden, da eine fünfzig Meter entfernte Presse eine 5-Mikrometer-Kante verwischen kann. Eine Werkstatt, in der die Temperatur zwischen 12 und 35 Grad Celsius schwankt, verschiebt den Fokus bei jeder Maschine, die dies nicht kompensiert; daher ist ein angegebener Bereich von 20 Grad plus/minus 5 Grad realistisch.
Der Servicezugang ist der am wenigsten glamouröse Aspekt, der jedoch über die langfristige Ausbeute entscheidet. Linsen müssen in Schichten gereinigt werden, für die Kalibrierung wird ein Referenzobjekt benötigt, und Düsen müssen in Intervallen überprüft werden, die an die Betriebsstunden gekoppelt sind. Erkundigen Sie sich nach der mittleren Reparaturzeit, den Lieferzeiten für Ersatzteile und der Ferndiagnose, denn eine Maschine, die drei Wochen lang auf ein Kameramodul wartet, erwirtschaftet keinen Ertrag.
10. So überprüfen Sie alle neun Angaben, bevor Sie unterschreiben
Unter „Verifizierung“ versteht man, dass Sie Ihre eigenen Teile unter Aktivierung aller Prüfpunkte genau in der im Angebot angegebenen Konfiguration testen und die Ergebnisse als Messwerte – und nicht als Katalogwerte – in die Abnahmeklausel eintragen.
Mit dem Abnahmetest wird eine Spezifikation verbindlich. Senden Sie drei Produktionschargen mit jeweils mindestens 500 Stück, die mit den einzelnen Fehlerarten in den von Ihnen vorgesehenen Schweregradklassen versetzt sind, und verlangen Sie die Angabe der Anzahl der entgangenen Fehler und der falsch zurückgewiesenen Teile pro Fehlerart.
| Abnahmetest | Was soll aufgezeichnet werden? |
| Stichprobe | Drei Chargen zu je 500 Stück mit eingearbeiteten Fehlern |
| Geschwindigkeit unter Last | Über 30 Minuten konstante Stückzahl pro Minute, Ausschussquote angegeben |
| Entweichen und Fehlablehnung | Nach Fehlerart gezählt, niemals aggregiert |
| Repeatability | Dreißig Durchläufe eines Teils mit identischen Ergebnissen |
| Umstellung | Zeitgesteuerter Austausch einschließlich Laden der Rezeptur und Erstmusterprüfung |
| Dokumentation | Fehlerbilder, Rezeptursicherung, Kalibrierungszertifikat, Ersatzteilliste |
Die Kosten sollten über den Amortisationszeitraum hinweg und nicht nur anhand der Rechnung bewertet werden. Der Personaleinsatz lässt sich leicht mit zwei bis vier Inspektoren pro Schicht beziffern, während die Ertragssteigerung durch weniger Fehlausschleusungen oft größer und schwerer zu erkennen ist. Eine Amortisationszeit von 12 bis 30 Monaten ist üblich, und Anwendungsbereiche in der Optische Sortierlösung für die Halbleiterindustrie In diesem Bereich lassen sich die höheren Kapitalkosten allein durch die Ausstiegskosten rechtfertigen.
FAQ
Die folgenden drei Fragen befassen sich mit den Aspekten, die Käufer zuletzt prüfen: Was bleibt der Optik verborgen, inwiefern unterscheidet sich diese Ausrüstung von der Inspektion auf Leiterplattenebene und wie lange dauert es, bis eine neue Teilenummer freigegeben wird?.
Kann eine optische Sortiermaschine Fehler unter der Oberfläche erkennen?
Nein. Die Bildgebung basiert auf Licht, das vom Bauteil zurückgeworfen oder durch dieses hindurchgelassen wird. Daher bleiben innere Hohlräume, Einschlüsse, Risse, die nie an die Oberfläche gelangen, sowie Härteunterschiede bei jeder Auflösung unsichtbar. Für diese Fehlerklassen sind Röntgen-, Ultraschall- oder Wirbelstromprüfungen erforderlich, was eine zweite, dem Risiko angepasste Prüfstufe bedeutet. Wenn in einer Zeichnung innere Porosität als Ausschusskriterium aufgeführt ist, ordnen Sie diesen Schritt einem anderen Prozessschritt zu.
Was ist der Unterschied zwischen einer optischen Sortiermaschine und AOI?
Bei der automatisierten optischen Prüfung werden Leiterplatten in einer festen Position gehalten, wobei Platzierung, Polarität und Lötstellen anhand einer Referenz überprüft werden; in der Regel erfolgt eine Meldung statt einer Aussortierung. Eine optische Sortiermaschine verarbeitet lose Teile in großen Mengen, trennt sie mechanisch voneinander und richtet sie aus, prüft mehrere Seiten bei Produktionsgeschwindigkeit und sortiert Ausschuss aus. Die Bildgebung überschneidet sich; die Handhabung und die Durchsatzwirtschaftlichkeit tun dies jedoch nicht.
Wie lange dauert es, eine neue Teilenummer zu validieren?
Für ein Teil, das zu einer bestehenden Plattform und den vorhandenen Werkzeugen passt, sind ein bis drei Wochen einzuplanen: zwei bis fünf Tage für einen Mustertest, anschließend die Erstellung der Fertigungsanweisung, die Erstmusterfreigabe und einen Eignungslauf. Ein Bauteil, das neue Taschen oder einen zusätzlichen Betrachtungswinkel erfordert, benötigt vier bis sechs Wochen, wobei der größte Teil dieser Zeit auf die Herstellung der Werkzeuge entfällt. Reserve-Stationen und eine dokumentierte Rezeptvorlage verkürzen jede spätere Freigabe.