Diseño de un sistema para la detección automática de anomalías en PCBs de la empresa Gener8

Abstract

La producción de placas de circuito impreso (PCBs) en la empresa Gener8 se ve comprometida por deficiencias en la detección de anomalías. Actualmente, el proceso de inspección de las tarjetas se realiza de manera manual por un operario, lo que ha dado lugar a fallos en la identificación de problemas como bolas de soldadura, puentes de soldadura y pines torcidos. Estas deficiencias impactan negativamente en el flujo de producción, aumentando la cantidad de retrabajos, causando pausas en las labores y dañando tanto las tarjetas como los equipos de prueba. Para abordar esta problemática, se propone el diseño de un sistema de detección automática de anomalías en las PCBs. Para llevar a cabo este proyecto, se adoptó una metodología de diseño y desarrollo de productos que prioriza la creación de una solución que satisfaga las necesidades del cliente. Se desarrollo una estructura de montaje y captura de imágenes que aísla la PCB en inspección del entorno, mejorando así la calidad de la imagen obtenida. Esta estructura incluye soportes para la iluminación, la cámara y la PCB, asegurando el cumplimiento de los requerimientos ópticos necesarios para capturar con claridad todo el campo de visión. Para la detección de anomalías en las imágenes capturadas, se realizaron programaciones en el software de la cámara seleccionada, utilizando herramientas de visión basadas en reglas, como la medición de distancias y el análisis de manchas. Además, se diseño una interfaz de usuario (HMI) para que los operarios puedan interactuar fácilmente con el sistema. El sistema diseñado fue validado, logrando un porcentaje de aciertos del 97.8% en la detección de fallas y reduciendo los tiempos de inspección por tarjeta en un 82 %. La parte estructural del sistema fue simulada bajo las cargas esperadas, alcanzando altos factores de seguridad y desplazamientos mínimos de 0.002 mm. Además, los esfuerzos se mantuvieron por debajo del límite elástico del material.

The production of printed circuit boards (PCBs) at Gener8 is affected by deficiencies in anomaly detection. Currently, the inspection process is conducted manually by operators, leading to inadequate detection of issues such as solder balls, solder bridges, and bent pins. These deficiencies disrupt production flow, increase the need for rework, cause downtime, and result in damage to both the boards and test equipment To solve this issue, the design of an automatic detection system for PCBs anomalies is proposed, employing a products design and development methodology. This approach prioritizes creating a solution that meets the client’s needs. To isolate the PCB during inspection, a mounting and image capture structure was developed, which improved the quality of the obtained images. This structure includes supports for the lighting, camera, and PCB, ensuring the optical requirements are satisfied to capture the entire field of view. To detect anomalies in the captured images, programming was developed in the camera’s software, utilizing rule-based vision tools such as distance measurement and stain analysis. Additionally, a user interface (HMI) was designed to enhance interaction with the system and improve usability. The designed system was validated, achieving a success rate of 97.8% and reducing inspection time by 82 %. The structural simulations demonstrated high safety factors and minimum displacements of 0.002 mm. Furthermore, the stresses were under the material’s elastic limit.