Kratzer, Grate und Dellen an Steckverbindern und Kunststoffteilen der Elektronik prüfen

An einem Steckverbinder entscheidet die Oberfläche über die Reklamation. Ein Kratzer quer über eine galvanisierte Kontaktfläche, ein Grat an der letzten Füllstelle eines umspritzten Isolierkörpers, eine Delle, die beim Pressen in eine Platine gedrückt wird: Alle drei Fehler sind mechanisch, alle drei sind mit bloßem Auge irgendwie zu sehen, und alle drei entziehen sich einer Kamera hartnäckiger als eine fehlende Lötstelle. Dieser Beitrag beschreibt, woran das liegt, welche Prüfkonzepte in dokumentierten Projekten an Kontakten, Steckergehäusen und umspritzten Teilen getragen haben und wie eine Fehlerdefinition entsteht, wenn im Lastenheft keine Zahl steht.

Wichtige Punkte im Überblick

Die Fehlerbilder an Steckverbindern und Kunststoffteilen sind mechanisch und stammen aus Umformen, Spritzen, Handling und Montage: Kratzer auf Kontakten, Eindrücke und Dellen, Trocknungsflecken, Stanzfehler, Grate und Ausspritzungen an umspritzten Isolierkörpern sowie verformte Schnapphaken.
Ein Kratzer hat keine eigene Farbe, sondern ändert nur die Neigung der Oberfläche, weshalb dieselbe Riefe auf einer galvanisierten oder lackierten Fläche je nach Beleuchtungsrichtung hell, dunkel oder überhaupt nicht erscheint und die Aufgabe über die Bildaufnahme und nicht über mehr Auflösung gelöst wird.
LumiTrax nimmt dieselbe Stelle unter mehreren Beleuchtungsrichtungen auf und rechnet daraus ein Formbild, in dem die Riefe stehen bleibt, und ein Texturbild, in dem die Bedruckung stehen bleibt, und läuft auch auf den Kameras der High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G.
Bei umspritzten Isolierkörpern wird nicht ein Teil geprüft, sondern eine Werkzeugbelegung, in einem dokumentierten 32-fach-Werkzeug mit zwei Teilen je Bildfeld an sechzehn Positionen, und Grat- sowie Konturabweichungen liegen dort bei 0,25 bis 0,5 mm.
Was die Kamera nicht sieht, existiert für die Station nicht, denn eine kleine Delle auf der abgewandten Seite ist für eine einzelne Blickrichtung nicht vorhanden, weshalb entweder eine zweite Blickrichtung eingeplant oder die abgewandte Fläche ausdrücklich nicht beurteilt wird.

Kratzer, Dellen, Grate: welche Fehler an Steckverbindern wirklich stören

Die Fehlerbilder aus dokumentierten Anwendungen sind mechanisch und stammen aus Umformen, Spritzen, Handling und Montage. Genannt werden Kratzer auf Kontakten und ganzen Kontaktbestückungen, Eindrücke und Einbrüche, Trocknungsflecken, Stanzfehler, Grate und Ausspritzungen an umspritzten Isolierkörpern, verformte Schnapphaken an Schalterteilen sowie Konturabweichungen.

Nicht jeder davon kostet Funktion. Ein Kratzer auf der Steckfläche eines Kontakts kann den Übergangswiderstand verändern, ein Kratzer daneben ist Kosmetik. Der Unterschied zwischen beiden ist die eigentliche Aufgabe, nicht die Erkennung an sich.

Wie teuer die Lücke wird, zeigt der Pressfall aus der Stichprobe. Fällt beim Moulden ein Duroplastrest von der oberen Werkzeughälfte auf die Platine, entsteht beim Schließen eine Delle, und die Platine wird verschrottet. Geprüft wurde bislang gar nicht, der Fehler fiel erst am Ausschuss auf. Die dort genannte Fehlergröße liegt bei 2 bis 5 mm, das Werkzeug misst 800 x 600 mm und ist metallisch glänzend, die Schließzeit beträgt rund vier Sekunden. Eine Kamera außerhalb der Presse, mit Arbeitsabständen um 500 bis 700 mm und ohne Behinderung des Sechsachsers, ist dort das realistische Konzept.

Warum ein Kratzer auf galvanisierter oder lackierter Oberfläche schwer zu sehen ist

Ein Kratzer hat keine eigene Farbe. Er ist eine lokale Änderung der Oberflächenneigung, und sichtbar wird er nur dadurch, dass er das Licht anders zurückwirft als seine Umgebung. Auf einer matten Fläche gelingt das leicht. Auf einer galvanisierten Kontaktfläche oder einem lackierten Gehäuse spiegelt die Umgebung selbst, und dieselbe Vertiefung erscheint je nach Beleuchtungsrichtung als heller Strich, als dunkler Strich oder überhaupt nicht.

Dazu kommt der Nachbarschaftskontrast. In dokumentierten Anwendungen liegt mehrfach der Fall vor, dass schwarze und silberne Teile im selben Bildfeld liegen und beide bewertet werden sollen. Die Auflösung ist dabei selten das Problem, die Bildaufnahme ist es.

Form und Textur trennen: was LumiTrax an der Erkennung ändert

LumiTrax nimmt dieselbe Stelle unter mehreren Beleuchtungsrichtungen auf und rechnet daraus zwei getrennte Bilder: ein Formbild, das nur die Geometrie der Oberfläche zeigt, und ein Texturbild, das nur Helligkeit und Farbe zeigt. Für eine Kratzerprüfung ist das der Hebel. Im Formbild bleibt die Riefe stehen, während Spiegelungen, Schleifstruktur und Bedruckung verschwinden. Im Texturbild bleibt die Bedruckung stehen, während die Geometrie herausfällt.

LumiTrax ist eine Funktion, kein Gerät, und läuft auch auf den Kameras der High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G, die bis zu acht Kameras je Controller und Auflösungen von 0,31 bis 64 MP trägt. Damit lassen sich mehrere Blickrichtungen auf ein Teil in einem Takt zusammenfassen, statt für jede Ansicht eine eigene Station zu bauen.

Umspritzte Isolierkörper: Ausspritzung, Grat und Kontur aus dem Mehrfachwerkzeug

Bei umspritzten Teilen aus einem Mehrfachwerkzeug verschiebt sich die Frage. Geprüft wird nicht ein Teil, sondern eine Werkzeugbelegung. In einem dokumentierten Projekt mit einem 32-fach-Werkzeug lagen zwei Teile in einem Bildfeld, geprüft wurde an sechzehn Positionen, und die Kameras verfuhren zweimal, um alle Nester abzudecken.

Aus demselben Projekt stammt die ehrlichste Aussage der ganzen Gruppe zur Erkennbarkeit. Läuft die Ausspritzung einmal um den Ring der Spitze herum, verändert sie die Länge und ist damit einwandfrei detektierbar. Fehlt dagegen nur eine kleine Delle, kann diese auf der abgewandten Seite liegen und ist für die Kamera schlicht nicht vorhanden. Grat- und Konturabweichungen liegen in dokumentierten Anwendungen bei 0,25 bis 0,5 mm.

Zwei praktische Punkte gehören in dieselbe Auslegung. Polarisation nimmt den glänzenden Kunststoffflächen die gerichteten Reflexe. Und Fremdlicht muss abgeschirmt werden: Sonneneinfall durch ein Oberlicht hellt das Bild auf und macht eine stabile Abfrage instabil, was in den Unterlagen ausdrücklich als Bedingung für den Dauerbetrieb steht.

Vor und nach dem Lackieren prüfen: zwei Stationen, eine Fehlerdefinition

Lackierte Steckergehäuse werden zweimal angesehen. Vor dem Lackieren geht es um den Rohteilfehler, den die Farbschicht nicht mehr zudeckt, danach um Handlingschäden und um Fehler der Beschichtung selbst. Beide Stationen dürfen nur eine Fehlerdefinition haben, sonst besteht ein Teil vorne und fällt hinten aus demselben Grund durch.

Für reine Lack- und Beschichtungsfehler gelten dieselben Grundsätze; die Auslegung folgt den dokumentierten Anwendungen.

Schüttgut, Rückseiten und lange Bauteile: Prüfkonzepte für schwierige Geometrien

Kommt das Teil als Schüttgut, ist die Lage vor der Kamera nicht bestimmt und beide Seiten sind gleich wahrscheinlich. In einem Projekt mit Halbleiterbasisplatten aus Molybdän, etwa in der Größe einer Unterlegscheibe, prüfen deshalb zwei Systeme Vorder- und Rückseite parallel, bei rund 25 µm Auflösung und einem Takt von etwa einer Sekunde je Teil.

Die Rückseite ist grundsätzlich der wunde Punkt. Was die Kamera nicht sieht, existiert für die Station nicht, und dieser Satz gehört vor der Bestellung ins Protokoll. Entweder es gibt eine zweite Blickrichtung, oder die abgewandte Fläche wird ausdrücklich nicht beurteilt.

Am anderen Ende stehen lange Teile. Ein Zellkontaktierungsbalken von rund 1.300 x 110 mm passt in kein Bildfeld, das gleichzeitig Kratzer auflöst. Dort teilen sich entweder mehrere Kameras die Länge, oder das Teil bewegt sich an einer Kamera vorbei.

Bewegte Zuführung: Zeilenkamera der Modellreihe XG-X, Encoder und gleichmäßige Auflösung

Genau dieser zweite Weg steht in der Stichprobe als konkreter Fall: eine gleichmäßig laufende Kettenförderstrecke mit lackierten Steckverbindern, ein Prüfbereich von etwa 80 mm Breite und 400 mm Länge, Trays bis 600 x 600 mm, und die offene Frage, wie getriggert wird. Ein Encoder lässt sich an der Strecke anbringen.

Für so eine Aufgabe ist die Zeilenkamera die passende Bauform. Sie baut das Bild Zeile für Zeile auf, während das Teil vorbeiläuft, und liefert bei Encoder-Triggerung eine über die ganze Länge gleichmäßige Auflösung, unabhängig von kleinen Geschwindigkeitsschwankungen. Zeilenkameras laufen an den Bildverarbeitungssystemen der Modellreihe XG-X, das ist die eine Fähigkeit in dieser Aufgabengruppe, die die Kameras der Modellreihe VS und VS-G nicht abdecken. Steht das Teil dagegen still, ist die Flächenkamera die einfachere und günstigere Wahl.

Wenn der Fehler eine Höhe ist: 2D/3D Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 am Controller

Manche Fehler sind im Grauwert mehrdeutig und in der Höhe eindeutig. Ein Eindruck in einer Basisplatte, eine Aufwölbung neben einer Stanzkante oder eine Delle in einer Platine geben im Bild je nach Licht ein anderes Ergebnis, im Profil dagegen immer dasselbe.

Dafür stehen die 2D/3D Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 zur Verfügung, mit einem X-Feld von 7,0 bis 510 mm und einer Z-Wiederholgenauigkeit von 0,3 bis 10 µm je nach Messkopf und einer maximalen Abtastung von 16 kHz. Betrieben werden sie an einem Controller der Modellreihe XG-X, und die Vorschubbewegung kommt aus derselben Transporteinrichtung, die ohnehin da ist.

Die Grenze dieser Betriebsart liegt in der Fragestellung. Solange gefragt wird, ob eine Delle da ist, bleibt es eine Defektprüfung. Sobald Ebenheit oder Parallelität als Messwert mit einer Toleranz gefordert werden, ist es eine Aufgabe der Maßprüfung und wird dort mit eigenen Verfahren beantwortet.

Ohne Zahl im Lastenheft: mit IO- und NIO-Teilen zur Fehlerdefinition

In dieser Anwendungsgruppe fehlt die kleinste erkennbare Fehlergröße fast immer. In dokumentierten Anwendungen steht an dieser Stelle entweder nichts oder der ausdrückliche Hinweis, sie werde erfahrungsgemäß ermittelt. Das ist kein Versäumnis der Kunden, sondern eine Eigenschaft kosmetischer Fehlerbilder: Niemand kann einen Kratzer in Millimetern beschreiben, den er bisher nach Augenschein aussortiert hat.

Der Weg, der in den Projekten tatsächlich funktioniert, ersetzt die Zahl durch Teile. In einem dokumentierten Test umfasste der Satz 2.300 Gutteile und 100 Schlechtteile, und dieser Satz war die Fehlerdefinition. Aus ihm entstehen die Einstellungen und die Bewertung der Erkennbarkeit. Wie aus derselben Grundlage Fehlerklassen und Grenzmuster werden, mit denen sich Pseudoausschuss senken lässt, behandelt der Beitrag zu Grenzmustern und Fehlerklassen.

Häufige Fragen

F Warum ist ein Kratzer auf einer galvanisierten Fläche für eine Kamera so schwierig?

Ein Kratzer hat keine eigene Farbe, sondern verändert nur die Neigung der Oberfläche. Auf einer spiegelnden Fläche hängt sein Erscheinungsbild damit vollständig von der Beleuchtungsrichtung ab, und dieselbe Riefe erscheint hell, dunkel oder gar nicht. Gelöst wird das über die Bildaufnahme, nicht über mehr Auflösung.

F Was ändert LumiTrax an der Kratzererkennung?

LumiTrax nimmt eine Stelle unter mehreren Beleuchtungsrichtungen auf und trennt daraus ein Formbild und ein Texturbild. Der Kratzer bleibt im Formbild sichtbar, während Spiegelungen und Bedruckung herausfallen. LumiTrax ist eine Funktion und läuft auch auf den Kameras der High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G.

F Wie groß muss ein Grat sein, damit die Prüfung ihn sicher findet?

In dokumentierten Anwendungen an umspritzten Teilen liegen Grat- und Konturabweichungen bei 0,25 bis 0,5 mm. Entscheidend ist zusätzlich die Lage: Eine Ausspritzung, die einmal um die Kontur läuft, verändert die Kontur messbar und ist gut zu finden, eine kleine Fehlstelle auf der abgewandten Seite ist für eine einzelne Kamera unsichtbar.

F Wann braucht eine Oberflächenprüfung eine Zeilenkamera?

Wenn das Teil sich während der Aufnahme bewegt und über eine größere Länge gleichmäßig aufgelöst werden muss, etwa auf einer durchlaufenden Kettenförderstrecke. Die Zeilenkamera baut das Bild encoder-getriggert Zeile für Zeile auf. Zeilenkameras laufen an den Bildverarbeitungssystemen der Modellreihe XG-X. Steht das Teil still, genügt eine Flächenkamera.

F Wie definiert man den Fehler, wenn im Lastenheft keine Fehlergröße steht?

Über Teile statt über Zahlen. Ein Satz aus IO- und NIO-Teilen aus der eigenen Fertigung ersetzt die fehlende Spezifikation, in einem dokumentierten Test waren es 2.300 Gutteile und 100 Schlechtteile. Daraus entstehen Einstellung und Erkennbarkeitsaussage, bevor eine Station bestellt wird.

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