Vision-Erkennung bei Bestückungsautomaten

[Holle]

Sieht gut aus, dein "Computer".
Brauchst dich nicht zu rechtfertigen, bei mir sieht es derzeit auch knapp aus, was die Zeit für das Projekt betrifft. Eine Woche war ich weg, dann musste ich mit der Renovierung weiter machen (und die ist auch noch lange nicht fertig ...renovieren auf Raten).

Zum Testprogramm:
Habe es nun auch auf meinem Server gelegt:
Klick!

Was gibt´s neues....
Um die Leistungsfähigkeit des Motors zu testen brauche ich eine stärkere Steuerung. Dazu habe ich mir erst einmal einen Funktionsgenerator-Bausatz gekauft. Beim Justieren des Funktionsgenerators ist mir mein Oszilloskop verreckt. Nun habe ich ein neues (4-Kanal Speicheroszilloskop mit 200MHz). Da ich etwas Angst habe dieses zu zerstören brauche ich einen gescheiten Trenntrafo. Den Trafo selber habe ich bei Ebay ersteigert, diverse andere Teile muss ich noch bestellen (Schalter, Amperemeter, Bauteile für die Einschaltstrombegrenzung, Gehäuse, usw.). Wenn der Trenntrafo dann auch soweit ist kann ich mich endlich wieder dem eigentlichen Projekt widmen.

Meine Adresse schicke ich dir per PN.

[einballimwas]

Aaaah, da ist es ja!

Schaut doch supi aus .. Schrittverlust seh ich keinen!

von mir gibt es nichts neues im Bezug zur Maschine - Ich warte immernoch auf ein paar Teile um die (mittlerweile angekommenen) 48V Netzteile zu fixieren.

Was ich zwischendurch allerdings mit meinem Vater probiert habe war die Laserstrukturierung von PCB's. Hier unsere Ergebnisse:
Bild hier   Bild hier   Bild hier   Bild hier   Bild hier  

Es war laut, es stank und geworden ist es nichts wie man sieht. Es waren 200 Watt bei ~25m/s Vorschub, die Wellenlänge lag bei 1064nm. Ich vermute, dass das Kupfer zu stark reflektiert hat und als es dann irgendwann verdampft ist, hat es sehr viel mehr Laserenergie aufgenommen als uns lieb war und ist vom Schneidgas (Stickstoff) weggeblasen worden, worauf die vollen 200 Watt dann auf das Trägermaterial gebrannt sind. Ich schätze, dass wir 1,5kW an Laserleistung brauchen und selbige pulsen müssen. Wenn das nicht funktioniert, dann fehlt uns die Maschine für weitere Versuche. Die, die wir nutzen können, kann nur 1064nm. Ich würde gerne noch einen Frequenzverdoppler davorschalten, was der Betriebsleiter wohl aus guten Gründen nicht absegnen werden wird.

Nunja, wir werden ja sehen was daraus wird. Ich selbst bekomme gg Ende des Jahres einen 1Watt Fern IR Laser (10µm), mal schauen, wie das Kupfer diese Wellenlänge aufnimmt. Mit dieser kleinen Leistung passiert das ganze hoffentlich auch langsamer, so dass man versteht, was da genau passiert. Die Highspeed Kameras sind mir leider bei der letzten Familienfeier ausgegangen

[Holle]

Schade, dass es nicht funktioniert hat.
Ich habe auch einen herben Rückschlag erlitten. Wie bereits erwähnt bastle ich mir gerade einen Trenntrafo. Das Gehäuse, welches ich mir extra dafür gekauft habe, ist zwar ausreichend Groß, aber viel zu instabil für diesen "Monster-Trafo".
Nun habe ich stundenlang im Internet nach solchen Gehäusen gesucht, wie sie z.B. für Labornetzgeräte verwendet werden, jedoch finde ich davon keine Leergehäuse.
Nun ja, aufgeben war noch nie meine Stärke, deswegen bin ich gerade dabei ein altes Gehäuse umzubauen, in dem einmal 5 1/5 SATA Geräte untergebracht waren. Das ist alles recht eng, aber "hier und da" etwas geflext und schon passt alles rein.
Nun warte ich noch auf ein paar Teile (Relais,...) und dann sollte das Teil auch schon bald fertig sein.

Zur Steuerung: Ich werde mein Glück mal mit Audio-Endstufen versuchen, denn diese sind (abgesehen vom Rechtecksignal) wie dafür gemacht. Ob ich nun einen 4 Ohm Lautsprecher ansteuere, oder meine 3 Ohm Spule vom Motor sollte relativ egal sein.
Mit der Renovierung bin ich auch wieder etwas voran gekommen, aber fertig bin ich damit noch lange nicht. Egal, ich freue mich nun schon auf die Entwicklung unserer Maschine, da muss die Renovierung halt mal etwas zurück stecken
Den Trenntrafo sollte ich diese Woche auf jeden Fall fertig bekommen, eigentlich fehlt nur noch das Relais. Die Frontblende zu basteln war nicht so schlimm, aber diese gescheit befestigen ist schon etwas aufwendiger, vor allem weil ich nur eine 1mm Alu-Platte verwendet habe, welche sich ohne Verstärkung schon beim Einstecken und Abziehen des Netzsteckers verformen würde .
Sorry, dass ich mich noch nicht um NerdHybride gekümmert habe, ich hatte in den letzten Tagen erhebliche Zeitarmut.

[einballimwas]

Okay, mittlerweile habe ich alles zusammen, was man für die Steuerung braucht: 4 Achsen Endstufen, die eigentliche Numeric Control, Strom (48V @ 12A), einen Embedded Rechner, der noch mit dem Touchscreen verheiratet werden muss um einen PanelPC zu bilden. Zwei Bleche um die Netzteile festzumachen fehlen und die Frontplatte fehlen auchnoch. Hat ein wenig länger gedauert aber dafür habe ich nix zahlen müssen
Die Kabel liegen auch schon nebenan, um gleich loslegen zu können. Nun bin ich eigentlich "klar zum entern". Nachdem wir die Maße festgelegt haben, werde ich mich in nächster Zeit einmal ans CAD setzen und einen Prototypen zu entwerfen. Das wird blöderweise etwas länger dauern, da ich in den Semesterferien - die ich eigentlich für die Prototypenentwicklung eingeplant hatte - ein Praktikum in der Schweiz mache, das mir mehr oder weniger in den Schoß geflogen ist. Nichts desto trotz verfolge ich weiterhin das Ziel, den Hardwareaufbau bis zum Ende des Jahres weitestgehend fertig zu haben.

Das Vision System fehlt hier noch. Ich würde dich bitten, mal nach den Kameratypen zu schauen, die ihr in der Firma benutzt. Ich habe die Befürchtung, das man mit einer Webcam nicht wirklich weit kommen wird. Daher habe ich mich mit einem Freund kurzgeschlossen, der sich darauf "spezialisiert" hat. Er leiht mir erst einmal ein professionelles System, damit ich testen kann, wie sich das ganze verhält (Treiber, C-Mount Objektiv, Befestigung, Anschluss, Performance, etc .. ).

Habe auch schon eine Küchenarbeitsplatte bestellt, die farblich ins Zimmer passt. Bedeutet ich habe 3 Meter mehr Arbeitsplatz (90cm tief) und damit auch einen guten Stand- und Bastelplatz für die Maschine.

Software Design Overview: http://nerdhybride.de/?p=77

Mit den Audio Endstufen sei mal vorsichtig. Das wird nichts.

Bild hier  

[Holle]

Okay, mittlerweile habe ich alles zusammen, was man für die Steuerung braucht: 4 Achsen Endstufen, die eigentliche Numeric Control, Strom (48V @ 12A), einen Embedded Rechner, der noch mit dem Touchscreen verheiratet werden muss um einen PanelPC zu bilden. Zwei Bleche um die Netzteile festzumachen fehlen und die Frontplatte fehlen auchnoch. Hat ein wenig länger gedauert aber dafür habe ich nix zahlen müssen

Oha. Da du längere Zeit nicht mehr hier warst dachte ich erst du hättest das Interesse verloren. Ich habe mich deswegen anderen Projekten gewidmet und den DIY-Bestücker erst mal links liegen lassen. Nun hänge ich weit zurück, da ich nichts weiter gemacht habe. In den kommenden 2 Wochen werde ich auch nichts schaffen, weil ich Urlaub habe und dieser schon verplant ist. Danach werde ich jedoch versuchen schnellstmöglich wieder aufzuholen

Nachdem wir die Maße festgelegt haben, werde ich mich in nächster Zeit einmal ans CAD setzen und einen Prototypen zu entwerfen. Das wird blöderweise etwas länger dauern, da ich in den Semesterferien - die ich eigentlich für die Prototypenentwicklung eingeplant hatte - ein Praktikum in der Schweiz mache, das mir mehr oder weniger in den Schoß geflogen ist. Nichts desto trotz verfolge ich weiterhin das Ziel, den Hardwareaufbau bis zum Ende des Jahres weitestgehend fertig zu haben.

Nicht schlimm, dann habe ich wenigstens etwas Zeit um "aufzuholen"

Das Vision System fehlt hier noch. Ich würde dich bitten, mal nach den Kameratypen zu schauen, die ihr in der Firma benutzt. Ich habe die Befürchtung, das man mit einer Webcam nicht wirklich weit kommen wird. Daher habe ich mich mit einem Freund kurzgeschlossen, der sich darauf "spezialisiert" hat. Er leiht mir erst einmal ein professionelles System, damit ich testen kann, wie sich das ganze verhält (Treiber, C-Mount Objektiv, Befestigung, Anschluss, Performance, etc .. ).

Da müssen wir 2 Wochen warten, da ich gerade Urlaub habe. Aber diese Kameras sind für uns etwas "oversized". Da "huschen" 10 Köpfe in einer Sekunde drüber. In dieser Sekunde werden 10 Fotos geschossen und ausgewertet. Da wir nur einen Bestückkopf verwenden und es bei uns auch nicht um Zehntel Sekunden geht wäre so eine Kamera also absolut unnötig. Die kosten ein Vermögen und würden sich in unserer Maschine zu tode langweilen.
Ich denke dass eine fest installiere Webcam ausreichen müsste. Eine normale Webcam ist vom Blickwinkel ungeeignet, aber es gibt für wenig Geld "Mikroskop-Webcams", die sollten eigentlich sehr gut geeignet sein. Die Profimaschinen machen die Fotos im "vorbeilaufen", das geht mit einer Webcam natürlich nicht, aber auf diese Sekunde sollte es auch nicht ankommen.

Habe auch schon eine Küchenarbeitsplatte bestellt, die farblich ins Zimmer passt. Bedeutet ich habe 3 Meter mehr Arbeitsplatz (90cm tief) und damit auch einen guten Stand- und Bastelplatz für die Maschine.

Da hast du mir gegenüber einen klaren Vorteil. Ich habe hier nur einen kleinen Wohnzimmertisch und den Fußboden

Mit den Audio Endstufen sei mal vorsichtig. Das wird nichts.

Ja, da hast du Recht. Das Thema habe ich inzwischen auch schon wieder verworfen.

[Holle]

Nochmal zum Thema Kamera...
Die von mir erwähnte Mikroskop-Webcam (USB-Mikroskop) musste nun für ein paar Tests herhalten.
Hier ist der Testaufbau:


Die zu testenden Bauteile:


...und das kam bei rum:
Diode
...weiter Bauteile im nächsten Beitrag (es sind nur 5 Bilder pro Beitrag erlaubt)...

[Holle]

TAKO-A
Quarz
DPAK
Stecker(Teilansicht Links)
Stecker(Teilansicht Rechts)

[Holle]

Wie man beim Stecker schon sieht müsste man dafür 2 Teilbilder verwenden. Das ist jedoch auch nicht die ideale Lösung, denn spätestens beim großen BGA oder QFP müsste man mehrere Fotos "kacheln".
Nun würde ich da vorschlagen dass wir 2 Kameras verbauen. Eine so wie im Versuchsaufbau. Die andere halt weiter weg fokussiert.
Da man die USB-Mikroskop-Kamera ja zoomen kann habe ich das gleiche nochmal "weiter weg" gemacht.
Neuer Versuchsaufbau:


Damit sieht das Ergebnis dann so aus:
Stecker
DPAK
TAKO-A
SOT-89

[Holle]

DIP14-7SMD...das verbogene Bein kann man wunderbar erkennen.
Wie man hier schon erkennen kann ist mit dieser Kamera beim DIP14 schon wieder Schluss (ok, etwas hätte ich noch raus zoomen können, aber nicht mehr viel). Die Kamera für große Bauteile müsste also ein etwas größeres Sichtfeld haben, aber für die kleinen Bauteile eignet sich die USB-Mikroskop-Kamera schon recht gut. Leider habe ich gerade kein 0402´er zum testen hier, aber ich habe den TAKO-A mal etwas "vergrößert", das sieht dann so aus:


Die Fokussierung erfolgt normalerweise direkt an der Kamera. Wenn man diese jedoch auf eine bestimmte Entfernung einstellt kann man den Rest ja mit der Nozzle machen.
Mal angenommen, man hat ein BGA in einer Package-Größe von 30x30mm. Da müsste man ja die große Kamera für nehmen...
Wenn der BGA nun jedoch ein Pitch hat von 0,4mm und ein Ball-Durchmesser von 0,2mm, dann könnte es sein dass die Auflösung nicht mehr ausreicht um alle Balls zu erkennen. Obwohl, blödes Beispiel, ohne 3D-Kamera sehen wir eh nicht ob ein Ball fehlt, es sei denn das Pad fehlt ebenfalls.
...aber nehmen wir mal an wir haben ein QFP mit einem sehr feinen Pitch. Die Große Kamera könnte es vielleicht nicht mehr erkennen wenn ein Bein etwas krumm ist (das Problem haben auch die professionellen Maschinen). Nun könnten wir in dem Fall die kleine Kamera nutzen und "gekachelte Fotos" machen. Diese Funktion haben nicht einmal die professionellen Maschinen (ich kenne zumindest keine die das könnte).

[einballimwas]

Vielen Dank für deine Versuche!

Ich habe länger mit meinem Professor gesprochen und habe Bilder im Internet gewälzt. Wie du siehst, ist das USB Mikroskop zwar ausreichend für kleine (0402 bis vllt D2PAK) Bauteile, aber für größere absolut nicht zu gebrauchen. 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.

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. ein QFP100 passt in 23.4mm, weshalb ich die maximale Objektgröße auf 24mm festgelegt habe. Damit lassen sich bei genügend hoher Auflösung auch noch die kleinen Bauteile korrigieren. doch ich denke, 0402 wird unmöglich sein, ohne eine Mikroskopkamera. Ohne Laserscanner ist BGA auch eher unmöglich - Der Bottleneck ist einfach das Vision System und nicht die Maschine. 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.

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