Messtechnik: Viele Merkmale auf einen Streich

Messtechnik

Viele Merkmale auf einen Streich

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Hundertprozentig, schnell, möglichst viele Merkmale mit einer Maschine messen – das sind die Anforderungen an die Messtechnik bei der Herstellung von Smartphone-Gehäusen. Koh Young kombiniert dabei 3D- und 2D-Messtechnik.

Sabine Koll

Die Mobilfunk-Branche gehört zu den innovativsten der Welt. Smartphone-Hersteller bringen in immer kürzeren Zyklen – zum Teil im Sechs-Monatstakt – neue Modelle auf den Markt, um auf den bereits zum Teil gesättigten Märkten neue Kunden für sich zu gewinnen. Dabei implementieren sie nicht nur neue Prozessoren, Elektronik und Software, sondern verändern auch das Design der Geräte. Dabei geht der Trend derzeit zu leichten, schmalen und edlen Metallgehäusen, beispielsweise aus Aluminium. Hochwertige Geräte werden dabei auf Bearbeitungszentren einem einzigen Block Aluminium gefräst.

Dabei müssen die Gehäuse höchst präzise gefertigt werden. Ihre Maßhaltigkeit ist von oberster Priorität, denn Elektronik und Gehäuse verschmelzen immer mehr miteinander. Beides muss exakt zusammenpassen, damit es später nicht zu Reklamationen am Produkt kommt.

Angesichts der kurzen Lebenszyklen ist es für Smartphone-Hersteller und ihre Zulieferer schwierig, die geforderten Qualitätsstandards bei der Herstellung der Gehäuse zu erreichen. Dedizierte Messtechnik für die Massenfertigung der Gehäuse ist teuer – nicht zuletzt deshalb, weil diese inline erfolgen müsste. Das Vermessen von Bauteilen im Messraum dauert zu lange und ist zu kostenintensiv. Hier lassen sich nur Stichproben unter die Lupe nehmen.

Daher haben sich Smartphone-Hersteller bei den Gehäusen in der Vergangenheit in der Regel auf die optische Inspektion durch Mitarbeiter verlassen. Bei diesem Vorgehen ist es allerdings schwierig, eine konsistente Qualität zu erzielen. Jeder Mitarbeiter in der Qualitätskontrolle verfügt über unterschiedliche Erfahrungen und Fähigkeiten. Dies zeigt: Der Mensch ist als Qualitätsinstitution überfordert: Sichtkontrollen durch Mitarbeiter sind teuer, dauern lange, führen nicht zu objektiven Ergebnissen. Einer Null-Fehler-Produktion stehen sie damit im Wege.

Einer der führenden Smartphone-Hersteller in Asien hat dieses Problem erkannt und deshalb nach einer automatisierten Inline-Lösung gesucht. Dabei kam er ins Gespräch mit Koh Young. Das Unternehmen ist bei Elektronikfertigern bekannt für seine Lösungen für die automatisierte optische Inspektion (AOI). Deshalb lag es für den Smartphone-Hersteller nahe, bei Koh Young eine passende Lösung für die Gehäusefertigung nachzufragen.

Das erste Produkt für die Fertigungsindustrie ist das 3D-MOI-Infy, das die 100-%-3D-Messung mit der klassischen 2D-Inspektionstechnologie kombiniert. Mit ihm lasen sich Dimensionen, Abstände, Durchmesser, Winkel etc., aber auch Einflüsse wie kritische Oberflächen-Vorwölbungen, Struktur- und Farbveränderungen in einem einzigen Messprozess inline im Fertigungsprozess erfassen.

Es handelt sich um ein Bildverarbeitungssystem, das lokale Abweichungen im Sichtfeld innerhalb von 0,6 s/FOV (40×40 mm, 20 µ) (FOV 10×10 mm 5 µ) erkennt. Bei Höhenmessungen beträgt die Genauigkeit 1,5 μm, bei Längenmessungen 20 μm. Dabei gilt das Prinzip: Das System vermisst so genau wie für die Fertigung nötig, ohne an Robustheit einzubüßen. Die CAD-Daten des Bauteils oder der Baugruppe sind dabei der Benchmark.

Eine parametrische Programmierung, die auch vollständig offline durchführbar ist, macht das Prüfergebnis unabhängig vom Programmierer. Das System misst sämtliche Attribute des Prüflings, nicht zu vergessen sind die Überprüfung kosmetischer Defekte oder Verunreinigungen der Oberfläche.

Das Einstellen von Prüfparametern und Schwellwerten benötigt keine speziellen Erfahrungen in der Bildverarbeitung. Das System basiert auf einer Messtool-Bibliothek zur schnellen Erstellung des Prüfprogramms, da bereits eingestellte Parameter und Schwellwerte für Objekte ohne Anpassung völlig unkompliziert übernommen werden können.

Das 3D-MOI-Infy ist heute in der Smartphone-Fertigung für die Inspektion der Metallgehäuse im Einsatz, eignet sich aber im Prinzip für alle kleineren Bauteile und Produkte bis zu einer Größe von 300 mm x 500 mm, die in hohen Stückzahlen hergestellt werden und bei denen eine 100%-Kontrolle Sinn macht – angefangen bei der Metallverarbeitung bis hin zum Spritzguss. Auch für die finale Inspektion kompletter Produkte am Ende einer Montagelinie lässt sich das automatisierte Messsystem einsetzen.

So gibt es aktuell Kundenanfragen aus der Automotive-Branche für die Inspektion von Bremsbelägen hinsichtlich Kratzer und Höhendifferenzen sowie für die Kontrolle von flachen, rechteckigen Abdeckungen für Batterien in Elektroautos.

System arbeitet vollautomisch und wird mit Handling ausgeliefert

Das System wird von Koh Young einschließlich des passenden, hochflexiblen Handlings für die jeweilige Anwendung ausgeliefert, sodass es vollautomatisiert arbeitet. Bei der Inspektion der Smartphone-Gehäuse beispielsweise werden alle Seiten des Gehäuses in einem Messvorgang unter die Lupe genommen.

Die Erfassung der Messdaten bildet auch die Grundlage zur Realisierung von geschlossenen Regelkreisen im Sinne von Industrie 4.0. Automatisierte Regelkreise zwischen Maschinen sind nur dann möglich, wenn die Entscheidungen auf präzisen Messdaten beruhen – mit dem klaren Ziel, die Fertigungsqualität über die gesamte Dauer der Produktion hoch zu halten. Denn oft ist es zwar möglich, eine Abweichung im Prozess zu kompensieren, doch führen die eingeleiteten Veränderungen überraschend zu einem Anstieg der Ausfallquoten. Um dies zu vermeiden, müssen die Mitarbeiter in der Fertigung sowie die Prozessverantwortlichen Tools zur hochpräzisen Visualisierung an die Hand bekommen. Sie können Entscheidungen in Echtzeit treffen – und damit letztlich die Null-Fehler-Produktion realisieren. Das 3D-MOI-Infy ist außerdem in der Lage, die Daten an CNC-gesteuerte Fertigungsmaschinen zu melden, sodass geschlossene Regelkreise möglich sind.

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