Laser-Sensoren

So finden winzige Bauteile in Bestückungsautomaten ihren Platz

| Autor / Redakteur: Erich Winkler / Sariana Kunze

Smart-Lasersensoren eignen sich für Messungen in Bestückungsautomaten, wie z.B. zur Prüfung der Koplanarität von IC-Beinchen.
Smart-Lasersensoren eignen sich für Messungen in Bestückungsautomaten, wie z.B. zur Prüfung der Koplanarität von IC-Beinchen. (Micro-Epsilon)

In Bestückungsautomaten für den Maschinenbau oder die Robotik müssen winzige Bauteile präzise platziert und vermessen werden. Für diesen Job hat Micro-Epsilon seine Lasertriangulationssensoren auf ein Miniaturformat schrumpfen lassen. Ein kleiner Lichtfleck soll dabei die Präzision gewährleisten.

In der Fabrikautomation ist die Miniaturisierung in vollem Gange. Denn die Mikro- und Nanotechnologie gehört zu den Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Das Adjektiv „kompakt“ ist zu einem täglichen Begleiter der industriellen Produktwelt geworden. Die Hersteller geben sich große Mühe ihre Produkt weiter schrumpfen zu lassen – ohne dabei auf Leistung verzichten zu müssen. So hat auch Micro-Epsilon seine Lasertriangulationssensoren als Miniformat auf den Markt gebracht.

Die Sensoren OptoNCDT 1320 und 1420 kombinieren als Winzlinge einen integrierten Controller, die Bedienung per Webinterface und eine präzise Messung mittels kleinstem Lichtfleck. Die komplette Elektronik zur Signalaufbereitung und -verarbeitung ist im Sensorgehäuse untergebracht. Der Sensor wird mittels Ethernet mit einem PC verbunden. Mit den Presets lassen sich Sensoreinstellungen für bestimmte Objekte schnell umsetzen. Vordergründig geht es hierbei um Art und Oberfläche des Messobjektes. Werden die Voreinstellungen geändert, ändert sich die Auswertealgorithmik des Sensors. Mit nur 60 g eignen sich die Sensoren für Beschleunigungen, beispielsweise auf Achsen oder am Roboter. Messbereiche mit 10, 25 oder 50 mm sind aktuell verfügbar, ab Anfang 2016 auch Messbereiche von 100 und 200 mm. Die Hochleistungsoptik lässt es zudem zu, dass mit dem kleinen Lichtfleck auch winzige Objekte sicher erfasst werden.

Mini – aber wofür?

Aber wofür ist dieses Miniformat überhaupt notwendig? Ein Beispiel dafür ist die benötigte Präzision auf kleinstem Raum in Bestückungsautomaten. Dort muss unter anderem gewährleistet sein, dass die winzigen Bauteile richtig herum an der korrekten Stelle sitzen oder in der Höhe passen. Im Bestückungsautomaten gibt es außerdem eine besondere Herausforderung: Es muss geprüft werden, ob die noch viel kleineren IC-Beinchen eines Bauteils in exaktem Abstand zur Leiterplatte stehen. Über diese Beinchen, die auch als Pins bezeichnet werden, erfolgt später der Anschluss an die Leiterplatte. Damit hier einwandfrei gelötet werden kann, darf der Abstand zwischen beiden Teilen nicht zu groß sein. Die sogenannte Koplanarität gibt an, ob alle Beinchen linear zueinander liegen. Sie gilt als kritisches Maß, das die Überprüfung mit präziser Messtechnik voraussetzt. Das Bauteil wird hier über einen Triangulationswegsensor geführt, dessen Laserstrahl die Beinchen abscannt. Nachdem die Abstandswerte berechnet wurden, wird entschieden, ob das Bauteil platziert oder aussortiert werden muss. Die Anforderungen an die Messtechnik sind enorm: Nicht nur weil die Teile winzig klein sind, sondern vor allem auch wegen des schnellen Wechsels von glänzender zu matter Oberfläche. Die Beinchen bestehen aus glänzendem Metall, während die Leiterplatte eine matte Oberfläche aufweist. Somit ist das Empfangselement im Sensor in kürzesten Abständen erst einer starken, dann wieder einer schwachen Reflexion ausgesetzt. Die Auto-Target-Compensation (ATC) sorgt für eine schnelle Ausregelung von unterschiedlichen Reflexionen, die bei der Bestückung von Leiterplatten auftreten.

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