Colocación de componentes electrónicos: Estrategias de iluminación para robots pick-and-place

Los componentes SMD abarcan un amplio rango de tamaños. Van desde pasivos 0201 de 0,6 mm × 0,3 mm hasta grandes BGA y conectores. Cada componente, geometría de terminales y acabado de PCB requiere un enfoque de iluminación diferente. Por lo tanto, una sola iluminación anular no puede cubrir todas las tareas. Comprender la óptica entre el iluminador, el componente y la cámara es el punto de partida para cualquier diseño fiable de pick & place.

Por qué la iluminación determina la precisión de la colocación

Un sistema de visión para pick & place realiza dos tareas distintas. La primera es el reconocimiento del componente. En ella, la cámara identifica el tipo, lee la orientación y confirma la posición en el alvéolo del alimentador. La segunda es la verificación de la colocación. Después de que la boquilla deposita la pieza, una cámara comprueba que esté asentada, centrada en las pastillas y orientada correctamente.

Ambas tareas requieren imágenes de alto contraste con bordes nítidos. El contraste depende directamente de la luz. Un terminal que parece brillante bajo una geometría puede desaparecer contra el cobre reflectante bajo otra. Por lo tanto, un iluminador o una longitud de onda incorrectos son la causa más común de falsos rechazos y fallos de recogida.

Técnicas de iluminación para la inspección de SMD

Iluminación anular directa

Las iluminaciones anulares LED son la opción estándar para la visión a nivel de componente. Montadas de forma coaxial con el objetivo, iluminan la pieza desde un rango angular definido. Por lo tanto, producen sombras constantes alrededor de los bordes. Esto mejora el contraste para el template matching y la detección del centroide.

El ángulo ajusta el resultado. Los anillos de alto ángulo, de 45° a 90°, proporcionan una luz amplia y uniforme en la superficie superior. Por consiguiente, son adecuados para la lectura de marcados y comprobaciones de polaridad en encapsulados planos. En cambio, los anillos de bajo ángulo inciden de forma rasante sobre la superficie de la PCB. Como resultado, mejoran la visibilidad de la coplanaridad de los terminales, la geometría de la soldadura y la textura de las pastillas.

Bajo ángulo y campo oscuro para la inspección de terminales

La coplanaridad de los terminales requiere que se perciban pequeñas diferencias de altura. La luz de campo oscuro a bajo ángulo, de 10° a 20°, crea patrones de sombras y brillos. Por lo tanto, un terminal doblado o levantado una fracción de milímetro proyecta una sombra clara. De este modo, el algoritmo de visión detecta la variación de altura de forma fiable.

La misma técnica detecta también otros defectos. Por ejemplo, revela la ausencia de pasta de soldar y serigrafías de plantilla desalineadas. También muestra bolas de soldadura elevadas en encapsulados BGA. Dado que la luz rasante maximiza el contraste, el elemento defectuoso destaca claramente respecto al correcto.

Retroiluminación para inspección de silueta y dimensional

Los retroiluminadores transmiten luz difusa a través de una superficie uniforme situada detrás del componente. A continuación, la cámara captura una silueta oscura sobre un campo brillante. Por lo tanto, esta técnica mide el paso de los terminales, la anchura del cuerpo y la longitud de los terminales antes de la colocación. También verifica el agarre de la boquilla, comprobando que la pieza se mantenga a la altura correcta sin inclinación. Como resultado, la medición del contorno se mantiene independiente del acabado superficial.

Iluminación coaxial para superficies planas reflectantes

Las pastillas de cobre al descubierto y los acabados HASL son altamente especulares. Una iluminación anular convencional crea puntos brillantes de deslumbrado que ocultan la pastilla. La luz coaxial resuelve esto haciendo viajar la luz a lo largo del eje de la cámara a través de un divisor de haz. Por lo tanto, elimina los reflejos especulares y muestra las características de la superficie de forma uniforme. Por consiguiente, es adecuada para la inspección de pistas, el registro de pastillas y el control de impresión de pasta de soldar en placas de cobre o ENIG.

Selección de la longitud de onda para la inspección de PCB y componentes

La longitud de onda tiene un fuerte efecto en el contraste. Los diferentes colores interactúan de manera distinta con los sustratos, la soldadura y las tintas. Por lo tanto, la elección debe adaptarse al elemento de interés.

LED rojos e infrarrojo cercano

Los LED rojos de 620 a 660 nm y el infrarrojo cercano (NIR) de 780 a 940 nm penetran en el sustrato verde de la PCB. Por lo tanto, reducen el ruido causado por la textura de la fibra de vidrio. La luz roja también mejora el contraste entre soldadura y cobre en placas HASL. Además, el NIR a 850 nm permite la lectura a través de recubrimientos conformales y sobre cuerpos oscuros de componentes.

LED azules y ultravioleta (UV)

Los LED azules de 450 a 470 nm mejoran los detalles finos en sustratos verdes. Los LED UV de 365 a 385 nm excitan la fluorescencia en residuos de fundente y recubrimientos. Por lo tanto, su distribución se vuelve claramente visible. Como resultado, la luz UV es adecuada para la verificación de recubrimientos conformales y residuos de flux después de la soldadura.

Iluminación estroboscópica para líneas SMT de alta velocidad

Las máquinas pick & place modernas superan los 100.000 componentes por hora. Por lo tanto, los tiempos de exposición de la cámara deben mantenerse por debajo de 1 milisegundo para evitar el desenfoque de movimiento. Una luz continua a ese nivel de brillo superaría los límites térmicos del LED y, en consecuencia, acortaría su vida útil operativa.

Un controlador estroboscópico resuelve este problema disparando el LED en un pulso corto, típicamente de 50 a 500 microsegundos, sincronizado con el disparador de la cámara. Durante el pulso, la corriente puede aumentar de dos a cinco veces la capacidad nominal continua. Por lo tanto, el brillo de pico es elevado para exposiciones cortas. Los iluminadores RODER Vision son totalmente compatibles con el modo estroboscópico, ofreciendo una emisión de pico estable y una latencia del disparador de microsegundos.

Consideraciones de integración

La distancia de trabajo suele ser muy reducida en los sistemas SMT. La geometría de la boquilla y del alimentador limita el espacio disponible. Por lo tanto, el iluminador debe encajar alrededor del objetivo sin bloquear el cabezal de recogida. Se prefieren las iluminaciones anulares adaptadas al cuerpo del objetivo. Para distancias inferiores a 30 mm, los anillos de alta densidad o los iluminadores spot miniatura ofrecen la geometría adecuada.

La uniformidad y la estabilidad también son fundamentales para la precisión. Una luz no uniforme desplaza la posición aparente del borde y añade errores. Por lo tanto, los iluminadores RODER están construidos para ofrecer una alta uniformidad óptica, verificada en producción. Además, los controladores de corriente constante mantienen la emisión luminosa a pesar de las variaciones de alimentación. La tecnología térmica HTTM© mantiene fría la unión, prolongando la vida útil operativa y estabilizando la emisión.

Familias de iluminadores RODER Vision para SMT y pick & place

Las siguientes familias de productos son adecuadas para la inspección SMD, la colocación y el control de PCB. Cada una ofrece una alta uniformidad, compatibilidad con modo estroboscópico y una emisión estable. Por lo tanto, la elección correcta depende de la tarea y de la geometría.

La elección correcta depende de la tarea y del espacio disponible. Para el reconocimiento y el marcado, destaca la iluminación anular de alto ángulo DC4. En cambio, la coplanaridad de los terminales requiere la iluminación anular de bajo ángulo DC2. Las siluetas dimensionales requieren el retroiluminador BL2, que resulta ideal. Los espacios extremadamente reducidos benefician al iluminador spot miniatura DL3M, que se integra fácilmente. En todos los casos, RODER Vision ofrece soporte técnico de ingeniería para la distancia de trabajo y la longitud de onda. Por lo tanto, defina primero el componente, el defecto y el espacio, y elija a continuación el iluminador adecuado.

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