Vision-Erkennung bei Bestückungsautomaten

[Holle]

Oh man, da tippe ich mir in der Nacht die Finger wund und als ich auf Absenden klicke passiert nichts. Zum Glück habe ich noch schnell den Text kopieren können bevor "Seite nicht gefunden" meinen Text ersetzt .
Kabel Deutschland war (zumindest bei mir) ausgefallen, aber nun geht´s ja wieder. Also hier ist der Text:

Wie du siehst, ist das USB Mikroskop zwar ausreichend für kleine (0402 bis vllt D2PAK) Bauteile, aber für größere absolut nicht zu gebrauchen.

Richtig, für größere Bauteile ist ein "Mikroskop" nicht geeignet. Es gibt aber sicherlich günstige Kameras die diesen Zweck auch passabel erfüllen.

Meine Situation ist grundlegend anders als deine. Ich habe kein Problem damit, 2000-5000 Euro in ein Vision System zu stecken - Dann dauert es eben

länger als nur ein Jahr das Ding zu bauen - Wen stört's (ausser mich natürlich)? Der Lerneffekt ist auf jeden Fall da.

Ui, da muss ich passen. So viel Geld investiere

ich auf keinen Fall in ein "Hobby-Projekt". Der Lerneffekt wäre mit billigen Kameras jedoch genauso gegeben.

Nachdem ich erkannt hatte, dass die Industrie auch nur mit Wasser kocht (Phew! *Stirn abwisch*) und telezentrische Objektive mit Kameras jenseits

der 3MP als stationäre Kameras einsetzt, Laserabtastung bei BGA und die Kopfkamera einen RIESEN Sensor hat, um diese kleinen Bauteile so gut zu erkennen, bin ich zum Schluss

gekommen, das auf jeden Fall große Einschränkungen im Bereich der Vision Systeme gemacht werden müssen.

Bei den Panasonic-Maschinen (z.b. MSF und BM) sind auch

"riesige Bauteilkameras" verbaut. Das hat damit zu tun dass diese Maschinen auch große Bauteile setzen können (BGA, Stecker, usw.). Wenn ich damit nun ein 0402er Bauteil

bestücke fährt der Kopf mit dem Bauteil zwar über die gleiche Kamera, aber das ist ein Trugschluss. Im dem Gehäuse sind 2 Kameras verbaut (oder zumindest 2 Linsen). Zum einen

muss man in jedem Shape angeben welche Kamera verwendet werden soll (2D Small, 2D Lange , 3D Small , 3D Large) und zum anderen haben diese Kameras alle ein eigenes Offset

(wird beim Kalibrieren ermittelt). Anhand der Bauteilgröße müsste die Maschine eigentlich selber erkennen ob die Small- oder Large- Kamera besser geeignet wäre, aber diese

Auswahl muss der Einrichter manuell auswählen. Es kommt lediglich eine Fehlermeldung wenn ich versuche einen 30x30 mm großen BGA über die Small Kamera fahren zu lassen, aber

eine automatische Wahl gibt es da nicht (obwohl, die BM hat eine Auto-Teach-Funktion bei der sie sogar die Kamera selber wählt, aber das funktioniert nur bei 0815 Bauteilen).
Aber zurück zum Thema. Auch in den professionellen Maschinen sind keine Kameras verbaut die alles erkennen können. Diese Kameras sind allerdings sau schnell. Da rasen

innerhalb einer Sekunde 10 Köpfe drüber und schon sind alle 10 Bauteile vermessen (ohne Verzögerung).

ein QFP100 passt in 23.4mm, weshalb ich die maximale Objektgröße auf 24mm festgelegt habe.

Da ist ein Fehler drin. Ein QFP100 muss nicht

unbedingt Quadratisch sein. Hier ist mal ein Beispiel. Nicht von der Body Size irritieren lassen, das ist

das Körpermaß ohne Beine. Und dann gibt es da noch einen Denkfehler: Das Bauteil wird nicht immer exakt mittig unter der Nozzle hängen. Wenn das Bauteil im Beispiel (QFP100

mit 25,6mm Länge incl. Beine nun so unter der Nozzle sitzt müsste der Erkennungsbereich schon >34mm sein.

Damit lassen sich bei genügend hoher Auflösung auch noch die kleinen Bauteile korrigieren. doch ich denke, 0402 wird unmöglich sein, ohne eine

Mikroskopkamera.

Möglich wäre das schon, aber das wäre halt unnötig. Die Kosten wäre um ein vielfaches höher nur damit man lediglich eine Kamera nutzt statt zwei.

Ohne Laserscanner ist BGA auch eher unmöglich

Naja, es ist ohne Laser unmöglich zu erkennen ob jeder Ball vollständig vorhanden ist. Mit der

2D-Kamera kann man allerdigs das Bauteil erkennen und eine Lagekorrektur vornehmen. Man kann auch erkennen wenn da ein "falscher" BGA unter der Nozzle hängt (sofern die Balls

nicht identisch sind). Bei manchen BGAs fehlt in der Polungs-Ecke ein Ball, bei diesen kann man auch ein Verpolungsschutz sicherstellen (auch schon mit der 2D-Kamera).

Ein riesengroßes Problem stellt noch der Parallaxenfehler dar, also die Verzerrung des Bildes bei kleiner Brennweite, die auf jeden Fall nötig wird.

Ich sage es gleich: Hier werden wir auf keinen gemeinsamen Nenner kommen, was letztendlich aber egal ist, denn OpenCV unterstützt beides: USB Kamera, FPGA Capture Karten und

andere professionelle Vision Systeme. Ich plane lediglich ein wenig mehr Platz für eine größere, bzw zweite Kamera ein.

Stimmt, da würden wir nicht auf einen Nenner

kommen

Nachtrag: Oder so: Zwei Ecken angucken und dann korrigieren - http://www.youtube.com/watch?v=-u_CkC2CDhU&t=60s

Das ist ausreichend

für eine Lagekorrektur, aber nicht um verbogene Beine zu erkennen. Ein verbogenes Bein eines QFPs kann man später leicht reparieren (das nötige Geschick vorausgesetzt), aber

ein BGA kann man nicht so einfach reparieren. Klar, ohne 3D-Erkennung wird man eh nicht alles erkennen, aber manches halt schon. Beispiel: Du bekommst einen gegurteten BGA und

kannst diesen aber nur im Tray bestücken (Platz- /Feedermangel). Im Tray liegt ein 0402er Bauteil, welches da hingefallen ist. Dieses Bauteil passt hervorragend zwischen den

Balls (ich spreche da aus Erfahrung). Wenn nun lediglich die Bauteilecken angesehen werden um eine Lagekorrektur zu ermöglichen wird dieses Bauteil nicht erkannt, welches nun

zwischen den Balls hängt. Die Reparatur ist in dem Fall nur durch ab- und anlöten des BGA möglich (und dazu braucht man eine sau teure Anlage, einfach nur Heißluft reicht da

nicht aus).
Wenn man eh schon "Bereiche" anschaut, dann kann man das auch gescheit machen und "alle" Bereiche anschauen (kacheln). Das dauert zwar länger, aber ist auch sicherer.

[einballimwas]

So, ich hoffe, du hattest schöne Ferien!

Ich habe mir nun einige weitere Pick&Place Maschinen angesehen und bin zum Schluss gekommen, das wir uns einfach nicht an den "großen2 orientieren dürfen, sondern einfach selbst denken müssen, damit wir zum Ziel kommen.

Mittlerweile bin ich auch komplett anderer Meinung über das Führungssystem. Will heißen: Ja, wie nehmen Zahnriemen. Die sind gewichtsmäßig einfach vorteilhafter!

Auch halte ich die Mikroskoplösung für immer sinnvoller. Das meinte auch mein Matheprof, mit dem ich eine Runde drüber geschnackt habe. Ich werde mal eins raussuchen, das eine halbwegs sinnvolle Auflösung hat

Dieses Wochenende komme ich zum ersten Mal zum konstruieren *freu* - Kannst du mir bitte nochmal das Datenblatt zu den Schrittmotoren einscannen?

Ich würde dich ja gerne mal anrufen, aber habe absolut keine Lust, durch's telefonieren aus der Schweiz arm zu werden


Schönes Wochenende *wink*

[PICture]

Hallo!

Dann würde ich Euch beiden aus eigener Erfahrung zum kostenlosen Telefonieren "Skype" installieren empfehlen, sonst könnte ich als Rentner auch nicht stundenlang mit meiner Schwester in Australien dank Webcam quasi "live" sprechen.

[Holle]

Freut mich dass du nun doch lieber eine "bezahlbare" Maschine bauen willst.
Ich bin halt der Meinung dass man eine professionelle Maschine unmöglich zu dem Preis bauen kann, wie eine gebrauchte professionelle Maschine kostet (brauchbare fangen so bei 20.000 Euro an).
Alleine die Kamera kostet mehrere Tausender.

Zum Datenblatt für die Schrittmotoren...
Habe nun keine Zeit mehr, die Frühschicht ruft. Werde ich dann heute Nachmittag einscannen. Am WE hatte ich leider keine Zeit für den PC ...oder sagen wir besser keine Lust, da ich eine mords Bindehautentzündung hatte (die ist immer noch nicht ganz weg).

Die Sache mit Skype sollten wir und in der Tat mal überlegen.

[Holle]

So, hier ist das Datenblatt von den Schrittmotoren:

[einballimwas]

Danke für das nochmalige Hochladen vom Datenblatt!

"doch lieber" - So bin ich nicht. Mein Meinungsumschwung basiert auf Experimenten, die ich bei meinem Freund durchgeführt habe und vielen vielen Produktseiten, die ich mir angeguckt habe (günstigere Maschinen, wie zb die Mechatronica M10V die ich oben gelinkt habe): Spindeln sind superschwer und superpräzise - Sind daher zwar geeignet, aber nicht die effektivste Lösung weil es die Beschleunigungs und Verzögerungsrampen ziemlich stark abflacht. Der Riemen wiegt knapp 70% weniger als eine vergleichbare Spindel und schwingt bei ordentlicher Spannung nicht so stark hinterher. Ideal wären Linearmotoren, die aber nur in Symbiose mit einem sinnvolle Design funktionieren - Da fehlen allerdings die Erfahrungswerte. Mir zumindest.

Kamera: http://store.amscope.com/md1800.html

Oder eine PointGrey, wenn die Amscope kein C-Mount hat - Da frage ich gleich noch an.

Am Wochenende wird dann wieder konstruiert. Ich lerne zzt noch mehr über Solidworks als das ich irgendwas zustande bringe

Ed: Skype: einballimwasser

[Holle]

Hmmm, diese Amazon-Bewertung sieht nicht gerade viel versprechend aus:
AmScope MU800

[einballimwas]

Hast du eine bessere? Ich leider nicht :P

PointGrey kenne ich noch und die habe ich auch für gut befunden. Guck dir da mal die Chamäleon Serie an, die kosten nur um die 500 Euro pro Kamera. Dann brauchst du noch das Objektiv dazu.

[Holle]

"NUR" 500 Euro? ...das ist ja fast geschenkt

Ich weiß nicht so recht, aber meiner Meinung nach reicht da eine billige USB-Mikroskopkamera völlig aus. Die professionellen Maschinen haben Kameras verbaut, welche extrem schnell sind, aber so sonderlich hoch ist die Auflösung sicher nicht, denn zum einen wirken die angezeigten Bilder nicht sonderlich Hochauflösend und zum anderen würde sich der Pentium 233 in der MSF sich sonst sicher schwer tun, wenn innerhalb einer Sekunden 10 hochauflösende Fotos ausgewertet werden müsste .
Da wir ja nur einen Bestückkopf wollen muss die Kamera ja nicht so sonderlich schnell sein. Die Auflösung muss auch nicht sonderlich hoch sein (das würde es nur wieder langsam machen).

Was muss die Kamera können?
Die Fotos müssen ausreichend sein um die Beine/Balls zu erkennen um daran die Bauteillage zu erkennen.
Wenn z.B. bei einem SO8 ein Bein verbogen ist, dann sollte man dieses ebenfalls erkennen (sofern es relativ stark verbogen ist). Dazu reicht es aus wenn man die Beinenden anschaut.
Um diese Anforderungen zu erfüllen wäre eine 640x480 Pixel-Momochrome-Kamera völlig ausreichend. Wichtig ist halt nur das die Kamera ausreichend vergrößert, was eine Mikroskop-Kamera ja auch macht. Um größere Bauteile zu vermessen wären also eine zweite Kamera von Vorteil, welche weniger stark vergrößert. Wenn du mal sehen würdest wie die Bilder aussehen, mit denen Panasonic arbeitet (CM, MSF, BM, ...) würdest du das vielleicht auch anders sehen ...ich muss mal ein Foto machen. Das sind einfache Graustufen-Bilder (großteils sogar nur Schwart-Weiß-Bilder) in einer Detailstufe die nicht sonderlich hoch ist. Wie gesagt, wenn an jedem der 10 Köpfe (z.B. bei der MSF) ein Bauteil hängt und diese alle auf einmal im vorbeilaufen (dauert ca. eine Sekunde für alle zusammen) vermessen werden (von einem Pentium 233, welcher nebenbei auch alles andere steuert), dann kann die Qualität nicht sonderlich hoch sein.
Aber das ist wie gesagt auch nicht nötig.
Auch die Boardkamera muss nicht sonderlich hochauflösend sein.

Lass es uns doch einfach erst mal mit einer einfachen (günstigen) Mikroskopkamera aufbauen, die kannst du später immer noch durch eine High-End-Kamera ersetzen, wenn es dir nicht genau genug ist.

[einballimwas]

Zwei Jahre und das Thema hat mich nicht losgelassen ..

Ich lasse die Bilder mal hier unkommentiert stehen. Weiteres folgt sobald fertig.

http://placerbot.org/Testsetup/L6470_light_front.jpg
http://placerbot.org/Testsetup/L6470_test_setup.jpg

~30mm/f14

Nächste Schritte: Testgestell mit Profilen und Werkzeughalter aufbauen. Softwareseitig OpenCV mit MSVC2013 kompillieren und OpenGL zum laufen bringen.