DE102017223501A1 - Method and device for detecting defects in electrical components or assemblies - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Detektion von Defekten in elektrischen Komponenten oder Baugruppen wird eine Abtasteinrichtung mit mehreren Magnetfeldsensoren eingesetzt, mit denen Magnetfeldkomponenten in drei zu einander senkrechten Raumrichtungen erfassbar sind. Bei einem Stromfluss durch die zu vermessende elektrische Komponente oder Baugruppe werden mit der Abtasteinrichtung die Magnetfeldkomponenten in den drei zueinander senkrechten Raumrichtungen als Funktion des Ortes gemessen und aufgezeichnet. Die aufgezeichneten Magnetfeldkomponenten werden zumindest teilweise ausgewertet, um Defekte in der elektrischen Komponente oder Baugruppe zu detektieren. Für die Auswertung wird vorzugsweise ein neuronales Netz eingesetzt. Das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung ermöglichen eine berührungslose Detektion von Fehlern in elektrischen Komponenten oder Baugruppen, insbesondere im Bereich der Qualitätssicherung.In a method for detecting defects in electrical components or assemblies, a scanning device with a plurality of magnetic field sensors is used, with which magnetic field components can be detected in three mutually perpendicular spatial directions. During a current flow through the electrical component or assembly to be measured, the magnetic field components in the three mutually perpendicular spatial directions are measured and recorded with the scanning device as a function of the location. The recorded magnetic field components are at least partially evaluated to detect defects in the electrical component or assembly. For the evaluation, a neural network is preferably used. The method and the associated device enable a non-contact detection of faults in electrical components or assemblies, in particular in the field of quality assurance.
Description
Technisches AnwendungsgebietTechnical application
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Detektion und gegebenenfalls Lokalisierung von Defekten, insbesondere elektrischen Defekten, in elektrischen Komponenten oder Baugruppen durch Messung von Magnetfeldern.The present invention relates to a method and a device for detecting and possibly localizing defects, in particular electrical defects, in electrical components or assemblies by measuring magnetic fields.
Die rechtzeitige Erkennung von Defekten elektrischer Komponenten oder Baugruppen ist in allen technischen Bereichen eine wesentliche Voraussetzung für die zuverlässige Funktion der damit realisierten Systeme. Die Erkennung von Defekten und Fehlfunktionen ist daher bereits vor dem Einsatz, beispielsweise bei der Fertigung der entsprechenden Komponenten oder Baugruppen wichtig. Dies gilt für alle elektrischen Bauelemente, beispielsweise auf den Gebieten der Leistungselektronik, der Elektromobilität oder der Chipherstellung. Hier besteht ein Bedarf an geeigneten Verfahren und Vorrichtungen zur Qualitätskontrolle elektrischer Komponenten oder Baugruppen während oder nach deren Herstellung.The timely detection of defects in electrical components or assemblies is an essential prerequisite for the reliable operation of the systems realized in all technical areas. The detection of defects and malfunctions is therefore important before use, for example in the production of the corresponding components or assemblies. This applies to all electrical components, for example in the fields of power electronics, electromobility or chip production. There is a need for suitable methods and apparatus for quality control of electrical components or assemblies during or after their manufacture.
Stand der TechnikState of the art
Defekte innerhalb von elektrischen Bauelementen werden bisher auf unterschiedliche Art und Weise lokalisiert und identifiziert. Ein Defekt wird oft nur durch nicht ordnungsgemäß funktionierende Baugruppen erkannt. In einigen Fällen werden thermographische Methoden verwendet, da ein veränderter oder unterbrochener Stromfluss zu einer lokalen Erwärmung bzw. Abkühlung im Vergleich zu umliegenden Bereichen führt. Viele der bisher verwendeten Methoden sind jedoch zerstörend, nicht ausreichend ortsaufgelöst, nicht quantitativ wie z.B. die Thermographie oder nicht ausreichend aussagekräftig. Weiterhin lassen sich nur wenige bekannte Methoden in eine laufende Prozessschiene integrieren. Die kontinuierliche Qualitätskontrolle bei der Herstellung elektrischer Komponenten oder Baugruppen stellt eine große Herausforderung dar.Defects within electrical components have heretofore been localized and identified in different ways. A defect is often only detected by improperly functioning assemblies. In some cases, thermographic methods are used because a changed or interrupted current flow leads to local heating or cooling compared to surrounding areas. However, many of the methods used so far are destructive, not sufficiently spatially resolved, not quantitative, e.g. the thermography or not sufficiently meaningful. Furthermore, only a few known methods can be integrated into a running process rail. Continuous quality control in the production of electrical components or assemblies is a major challenge.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Detektion von Defekten in elektrischen Komponenten oder Baugruppen anzugeben, die sich in eine laufende Prozessschiene integrieren lassen und auch eine kontinuierliche Qualitätskontrolle bei der Herstellung elektrischer Komponenten oder Baugruppen ermöglicht.The object of the present invention is to provide a method and a device for detecting defects in electrical components or assemblies, which can be integrated into a running process rail and also allows continuous quality control in the manufacture of electrical components or assemblies.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is achieved with the method and the device according to
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird eine Abtasteinrichtung mit mehreren Magnetfeldsensoren eingesetzt, mit denen Magnetfeldkomponenten in drei zueinander senkrechten Raumrichtungen erfassbar sind. Bei einem Stromfluss durch die zu vermessende elektrische Komponente oder Baugruppe werden mit der Abtasteinrichtung in konstantem Abstand der Magnetfeldsensoren zur Oberfläche der zu vermessenden elektrischen Komponente oder Baugruppe die Magnetfeldkomponenten in den drei zueinander senkrechten Raumrichtungen zumindest über einem zweidimensionalen Teilbereich der Oberfläche als Funktion des Ortes gemessen und aufgezeichnet. Die aufgezeichneten Magnetfeldkomponenten werden anschließend zumindest teilweise ausgewertet, um Defekte in der elektrischen Komponente oder Baugruppe zu erkennen. Dabei kann die Stromrichtung des Stromflusses auch geändert oder gar variiert werden, um zusätzliche Informationen zu gewinnen. Das vorgeschlagene Verfahren dient vorzugsweise zur Detektion von Defekten in allen elektrischen Komponenten oder Baugruppen, in denen im Betrieb elektrische Ströme fließen, mit Ausnahme von Solarzellen und Solarmodulen.In the proposed method, a scanning device with a plurality of magnetic field sensors is used, with which magnetic field components can be detected in three mutually perpendicular spatial directions. During a current flow through the electrical component or assembly to be measured, the magnetic field sensors in the three mutually perpendicular spatial directions are measured with the scanning device at a constant distance of the magnetic field sensors to the surface of the electrical component or assembly to be measured at least over a two-dimensional portion of the surface as a function of location recorded. The recorded magnetic field components are then at least partially evaluated to detect defects in the electrical component or assembly. In this case, the current direction of the current flow can also be changed or even varied in order to gain additional information. The proposed method is preferably used for the detection of defects in all electrical components or assemblies in which electrical currents flow during operation, with the exception of solar cells and solar modules.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung wird ausgenutzt, dass sich in allen elektrisch aktiven Bauteilen beim Betrieb der Bauteile Ladungsträger bewegen. Bewegte Ladungsträger erzeugen ein Magnetfeld in ihrer Umgebung. Die Physik beschreibt dieses Phänomen mit Hilfe der Maxwell-Gleichungen. Betrag und Vorzeichen der bewegten Ladungen sowie Betrag und Richtung ihrer Geschwindigkeit definieren die Stärke und die Richtung der magnetischen Kräfte sowie der ihnen zugrundeliegenden magnetischen Felder. Bei einer geradlinigen Bewegung wird ein zirkulares Magnetfeld in Bezug auf die Bewegungsrichtung der Ladungsträger generiert. Der Betrag des Magnetfeldes H ist proportional zum Quotienten aus Stromstärke I und Abstand r zum Leiter:
Jedes elektrische Bauteil generiert aufgrund der sich bewegenden Ladungsträger an jedem Ort ein für ihn spezifisches dreidimensionales Magnetfeld im Raum in Abhängigkeit von Richtung und Anzahl der sich bewegenden Ladungsträger. Dies entspricht einem sehr spezifischen sechs-dimensionalen magnetischen Fingerprint des Bauteils. So wird beispielsweise in der Leistungselektronik der Betrag des Magnetfeldes entlang der Leiterbahnen am höchsten sein. Bei flächiger Analyse des Magnetfeldes, insbesondere der einzelnen Komponenten Bz, Bx und By des Magnetfeldes lassen sich Rückschlüsse auf Richtung und Betrag der Ladungsträger ziehen. Der Begriff Magnetfeld wird in der vorliegenden Patentanmeldung auch für die magnetische Flussdichte verwendet. Defekte und Fehlfunktionen sind in elektrischen Bauelementen immer auf einen veränderten Stromfluss zurückzuführen. Damit verändert sich auch der magnetische Fingerprint des Bauelementes. Somit lässt sich bei einer mindestens flächigen Analyse der drei Magnetfeldkomponenten Bx, By, Bz auf spezifische Defekte rückschließen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden mit Hilfe einer geeigneten Abtasteinrichtung die einzelnen Magnetfeldkomponenten Bx, By und Bz mit Hilfe von Magnetfeldsensoren als Funktion des Ortes erfasst und ausgewertet. Mithilfe einer Variation des Stroms (Stromstärke und/oder Stromrichtung) lassen sich weitere Informationen gewinnen.Each electrical component generates a specific for him three-dimensional magnetic field in space depending on the direction and number of moving charge carriers due to the moving charge carriers at each location. This corresponds to a very specific six-dimensional magnetic fingerprint of the component. For example, in power electronics, the magnitude of the magnetic field along the tracks at be highest. With a planar analysis of the magnetic field, in particular of the individual components Bz, Bx and By of the magnetic field, conclusions can be drawn about the direction and magnitude of the charge carriers. The term magnetic field is also used in the present patent application for the magnetic flux density. Defects and malfunctions in electrical components are always due to a changed current flow. This also changes the magnetic fingerprint of the component. Thus, with an at least two-dimensional analysis of the three magnetic field components Bx, By, Bz, it is possible to draw conclusions about specific defects. In the proposed method, the individual magnetic field components Bx, By and Bz are detected and evaluated by means of magnetic field sensors as a function of the location with the aid of a suitable scanning device. By means of a variation of the current (current and / or current direction) further information can be obtained.
Je nach zu vermessender elektrischer Komponente oder Baugruppe ist die Auswertung der erfassten Messdaten komplex, soll aber vorzugsweise vollautomatisch und selbstlernend durchgeführt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt diese Auswertung über ein neuronales Netzwerk, das die Messdaten automatisch in Klassen sortiert. Je höher die Datenmenge, desto signifikanter ist die Einteilung in die Klassen bzw. desto kleiner der Fehler der Einteilung. Die Messdaten werden in dieser bevorzugten Ausgestaltung daher in ein Cloud-basiertes Auswertesystem eingespeist, in dem die Messdaten dann durch das neuronale Netz klassifiziert und ausgewertet werden. Die Klassifikation erfolgt vorzugsweise in Fehler oder Fehlergruppen, wobei eine der Fehler bzw. Fehlergruppen eine fehlerfreie Komponente oder Baugruppe repräsentiert.Depending on the electrical component or assembly to be measured, the evaluation of the acquired measurement data is complex, but is preferably carried out fully automatically and self-learning. In a preferred embodiment of the method, this evaluation takes place via a neural network which automatically sorts the measurement data into classes. The higher the amount of data, the more significant the classification into the classes or the smaller the error of the classification. The measurement data are therefore fed in this preferred embodiment in a cloud-based evaluation, in which the measurement data are then classified and evaluated by the neural network. The classification preferably takes place in errors or error groups, one of the errors or error groups representing an error-free component or assembly.
Vorzugsweise weist die eingesetzte Abtasteinrichtung zur flächigen Abtastung wenigstens ein linienförmiges Array der Magnetfeldsensoren auf, d.h. eine Anordnung der Magnetfeldsensoren entlang einer geradlinigen oder gekrümmten Linie. Mit einer derartigen Abtasteinrichtung mit einem linienförmigen Array werden die Magnetfeldkomponenten in den drei zueinander senkrechten Raumrichtungen dann durch Bewegung des linienförmigen Arrays von Magnetfeldsensoren in konstantem Abstand zu der Oberfläche der zu vermessenden elektrischen Komponente oder Baugruppe - oder des Gerätes, in dem diese elektrische Komponente oder Baugruppe verbaut ist, als Funktion des Ortes gemessen und aufgezeichnet. Alternativ zur Bewegung der Abtasteinrichtung kann selbstverständlich auch die zu vermessende elektrische Komponente oder Baugruppe relativ zu einer ortsfesten Abtasteinrichtung bewegt werden. Darüber hinaus kann die Stromstärke, -richtung und Spannung konstant oder zyklisch über alle Temperaturbereiche variiert werden. Weiterhin lässt sich auch eine flächige Anordnung von Magnetfeldsensoren in Form eines flächigen Arrays einsetzen, worunter eine verteilte Anordnung der Magnetfeldsensoren in einer Ebene zu verstehen ist. Die Ebene kann auch gekrümmt sein. In diesem Fall kann bei ausreichender Ausdehnung des flächigen Arrays auch auf eine Relativbewegung zwischen elektrischer Komponente bzw. Baugruppe und Abtasteinrichtung verzichtet werden, wenn das Array bereits den gesamten zu vermessenden Oberflächenbereich der Komponente oder Baugruppe erfasst. Auch eine Anordnung mehrerer linienförmiger oder flächiger Arrays an unterschiedlichen Positionen bzw. in unterschiedlichen Orientierungen ist möglich.Preferably, the scanning device used for area scanning comprises at least one line-shaped array of the magnetic field sensors, i. an arrangement of the magnetic field sensors along a straight or curved line. With such a scanning device with a linear array, the magnetic field components in the three mutually perpendicular spatial directions then by moving the linear array of magnetic field sensors at a constant distance to the surface of the measured electrical component or assembly - or the device in which this electrical component or assembly is measured and recorded as a function of location. As an alternative to the movement of the scanning device can of course also be moved to be measured electrical component or assembly relative to a stationary scanning device. In addition, the current, direction and voltage can be varied constantly or cyclically over all temperature ranges. Furthermore, it is also possible to use a planar arrangement of magnetic field sensors in the form of a planar array, which is to be understood as a distributed arrangement of the magnetic field sensors in a plane. The plane can also be curved. In this case, with sufficient expansion of the planar array, it is also possible to dispense with a relative movement between the electrical component or assembly and the scanning device if the array already covers the entire surface area of the component or assembly to be measured. It is also possible to arrange a plurality of line-shaped or planar arrays at different positions or in different orientations.
Als Magnetfeldsensoren werden bei der vorgeschlagenen Vorrichtung und dem vorgeschlagenen Verfahren beispielsweise Hall-Sensoren oder magnetoresistive Sensoren eingesetzt. In der bevorzugten Ausgestaltung sind die Magnetfeldsensoren 3D-Hall-Sensoren, so dass mit jedem der Magnetfeldsensoren die Magnetfeldkomponenten in allen drei Raumrichtungen erfasst werden können.As magnetic field sensors, for example, Hall sensors or magnetoresistive sensors are used in the proposed device and the proposed method. In the preferred embodiment, the magnetic field sensors are 3D Hall sensors, so that with each of the magnetic field sensors, the magnetic field components in all three spatial directions can be detected.
Die als Funktion des Ortes aufgezeichneten Magnetfeldkomponenten können in einer Ausgestaltung mit Referenzdaten verglichen werden, die als Funktion des Ortes aufgezeichnete Magnetfeldkomponenten eines baugleichen fehlerfreien Exemplars der elektrischen Komponente oder Baugruppe darstellen. Auf diese Weise kann durch einfachen Vergleich bei einer über einen vorgebbaren Schwellwert auftretenden Abweichung auf ein fehlerhaftes Bauteil geschlossen werden.In one embodiment, the magnetic field components recorded as a function of the location can be compared with reference data representing magnetic field components of a structurally faultless copy of the electrical component or assembly recorded as a function of the location. In this way, it is possible to conclude a faulty component by a simple comparison in the case of a deviation which occurs over a predefinable threshold value.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist ein linienförmiges oder flächiges Array von Magnetfeldsensoren auf, mit dem Magnetfeldkomponenten in drei zueinander senkrechten Raumrichtungen erfassbar sind. Die Magnetfeldsensoren sind auf einer Seite eines Trägers, insbesondere einer Trägerplatte, angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers befindet sich eine Messeinheit, durch die mit den Magnetfeldsensoren die Magnetfeldkomponenten in den drei zueinander senkrechten Raumrichtungen als Funktion des Ortes gemessen und aufgezeichnet werden können. In dem Träger ist wenigstens eine metallische Zwischenschicht integriert, durch die eine Abschirmung der Magnetfeldsensoren gegenüber elektromagnetischer Strahlung der Messeinheit erreicht wird.The proposed device for carrying out the method has a line-shaped or planar array of magnetic field sensors, with which magnetic field components can be detected in three mutually perpendicular spatial directions. The magnetic field sensors are arranged on one side of a carrier, in particular a carrier plate. On the opposite side of the carrier is a measuring unit, by means of which the magnetic field sensors can be used to measure and record the magnetic field components in the three mutually perpendicular spatial directions as a function of the location. In the support at least one metallic intermediate layer is integrated, by which a shielding of the magnetic field sensors against electromagnetic radiation of the measuring unit is achieved.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist die Abtasteinrichtung mit dem Array von Magnetfeldsensoren derart ausgebildet, dass mehrere dieser Abtasteinrichtungen, vorzugsweise über eine Steckverbindung, miteinander mechanisch und elektrisch verbunden werden können. Die Breite bzw. Länge des linienförmigen oder flächigen Arrays von Magnetfeldsensoren lässt sich dadurch je nach Bedarf skalieren.In an advantageous embodiment of the proposed device, the scanning device with the array of magnetic field sensors is designed such that a plurality of these scanning devices, preferably via a plug connection, can be mechanically and electrically connected to each other. The width or length of the linear or As a result, planar arrays of magnetic field sensors can be scaled as required.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung weist diese bei Nutzung eines linienförmigen Arrays von Magnetfeldsensoren auch eine Einrichtung zur Orts- oder Wegerfassung auf, die während der Bewegung des linienförmigen Arrays eine Bestimmung einer relativen Position des Arrays über einer Oberfläche einer zu vermessenden elektrischen Komponente oder Baugruppe ermöglicht. Das linienförmige Array verfügt in dieser Ausgestaltung vorzugsweise auch über einen oder mehrere Abstandshalter, die während der Bewegung des linienförmigen Arrays von Magnetfeldsensoren die Einhaltung eines konstanten Abstandes der Magnetfeldsensoren zur Oberfläche der zu vermessenden elektrischen Komponente oder Baugruppe ermöglichen. Weiterhin kann die Vorrichtung bei einer derartigen Ausgestaltung auch einen Handgriff aufweisen, mit dem sie manuell in konstantem Abstand zur Oberfläche der zu vermessenden Komponente oder Baugruppe bewegt werden kann. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist die Vorrichtung vorzugsweise in der Form einem Fensterwischer bzw. einer T-Form angenähert, so dass sie am Handgriff über die Oberfläche gezogen werden kann, während gleichzeitig die Magnetfeldkomponenten in Abhängigkeit des Ortes gemessen und aufgezeichnet werden.In a further embodiment of the proposed device, when using a linear array of magnetic field sensors, it also has a device for position or displacement detection, which during the movement of the linear array determines a relative position of the array over a surface of an electrical component or assembly to be measured allows. In this embodiment, the line-shaped array preferably also has one or more spacers which allow the magnetic field sensors to be maintained at a constant distance from the surface of the electrical component or assembly to be measured during the movement of the linear array of magnetic field sensors. Furthermore, in such an embodiment, the device can also have a handle with which it can be moved manually at a constant distance from the surface of the component or assembly to be measured. In such an embodiment, the device is preferably approximated in shape to a window wiper or T-shape so that it can be pulled across the surface on the handle while simultaneously measuring and recording the magnetic field components as a function of location.
Die Oberfläche der Komponente bzw. Baugruppe wird je nach Taktfrequenz, mit der die Magnetfeldsensoren ausgelesen werden, und Bewegungsgeschwindigkeit der Abtasteinrichtung relativ zur Oberfläche (bei Einsatz eines linienförmigen Arrays von Magnetfeldsensoren) in einem dichten Punktraster abgetastet. Für jeden Messpunkt werden hierbei die drei Magnetfeldkomponenten (Bx, By, Bz) sowie zwei Ortskomponenten (x, y) - entsprechend dem Ort in der zweidimensionalen Abtastfläche bzw. Abtastebene - erhalten. Bei der Messung wird somit ein 5-dimensionales Ergebnis erhalten, das zur Lokalisierung eventueller Defekte der Komponente oder Baugruppe ausgewertet werden kann. Bei Nutzung eines flächige Arrays kann auf eine Relativbewegung zur Komponente oder Baugruppe verzichtet werden, falls das flächige Array groß genug ausgestaltet ist, um gleichzeitig alle zu vermessenden Bereiche ortsaufgelöst zu erfassen.The surface of the component or assembly is scanned depending on the clock frequency with which the magnetic field sensors are read, and the movement speed of the scanning device relative to the surface (when using a linear array of magnetic field sensors) in a dense dot matrix. For each measuring point, the three magnetic field components (Bx, By, Bz) and two local components (x, y) corresponding to the location in the two-dimensional scanning area or scanning plane are obtained. During the measurement, a 5-dimensional result is thus obtained, which can be evaluated for the localization of any defects of the component or assembly. When using a flat array can be dispensed with a relative movement to the component or assembly, if the planar array is designed large enough to simultaneously detect all areas to be measured in a spatially resolved.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung wird eine zerstörungsfreie und kontaktlose Erfassung von Defekten an elektrischen Komponenten oder Baugruppen ermöglicht. Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich insbesondere für eine Detektion, Charakterisierung und Lokalisation von Fehlern bzw. Defekten auch am Arbeitspunkt der unterschiedlichen Geräte bzw. elektrischen Komponenten oder Baugruppen. Insbesondere lassen sich das Verfahren und die Vorrichtung auch problemlos in eine laufende Prozesskette integrieren, um eine kontinuierliche Qualitätskontrolle während der Fertigung der elektrischen Komponente oder Baugruppe oder eines mit diesen bestückten Gerätes zu ermöglichen. Es wird damit auch eine Beobachtung der Entwicklung einzelner Fehler, eine zeitabhängige Kontrolle von Baugruppen, eine Prüfung des aktuellen Zustandes einer Baugruppe sowie eine Vorhersage von Fehlern mit Hilfe eines neuronalen Netzwerkes ermöglicht. Im Vergleich zu anderen bekannten Techniken stellt die bei dem vorgeschlagenen Verfahren und der vorgeschlagenen Vorrichtung eingesetzte Abtasteinrichtung eine relativ kostengünstige Baugruppe dar.With the proposed method and the associated device a non-destructive and contactless detection of defects in electrical components or assemblies is possible. The method and the device are particularly suitable for the detection, characterization and localization of defects or defects also at the operating point of the different devices or electrical components or assemblies. In particular, the method and the device can also be easily integrated into a running process chain in order to enable a continuous quality control during the production of the electrical component or assembly or of a device equipped with these. It also enables observation of the development of individual faults, a time-dependent control of assemblies, an examination of the current state of an assembly as well as a prediction of faults with the help of a neural network. Compared to other known techniques, the scanning device used in the proposed method and apparatus represents a relatively inexpensive assembly.
Das Verfahren und die Vorrichtung lassen sich in der Qualitätskontrolle und -sicherung bei der Fertigung elektrischer Komponenten oder Baugruppen oder entsprechender Geräte mit derartigen Komponenten oder Baugruppen einsetzen. Es wird auch eine Defekt-Lokalisierung und -Klassifizierung bei der Weiterentwicklung, Forschung und in der kontinuierlichen Kontrolle von Baugruppen und Geräten ermöglicht. Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung können auf alle Baugruppen und Geräte angewendet werden, in denen elektrische Ströme fließen, beispielsweise in der Leistungselektronik, der Automobilindustrie, bei Batteriespeichern oder in der Bildschirmherstellung.The method and the device can be used in quality control and assurance in the manufacture of electrical components or assemblies or corresponding devices with such components or assemblies. It also allows for defect localization and classification in the advancement, research, and continuous control of assemblies and devices. The proposed method and associated apparatus can be applied to all assemblies and devices in which electrical currents flow, for example in power electronics, the automotive industry, in battery storage or in screen production.
Figurenlistelist of figures
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer beispielhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung; -
2 eine Draufsicht auf die Sensorseite der Vorrichtung gemäß1 ; -
3 eine schematische Darstellung einer Steckverbindung zwischen zwei der linienförmigen Arrays bzw. Abtasteinrichtungen; -
4 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung für eine manuelle Messung; -
5 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung für eine Inline-Messung bei der Herstellung von Bauelementen; -
6 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung in Form einer Messbox; und -
7 ein Beispiel für ein Messergebnis einer Messung der Magnetfeldkomponente By über einem zweidimensionalen Bereich der Oberfläche eines Bauteils.
-
1 a cross-section through a portion of an exemplary embodiment of the proposed device; -
2 a plan view of the sensor side of the device according to1 ; -
3 a schematic representation of a connector between two of the line-shaped arrays or scanning devices; -
4 a schematic representation of an exemplary embodiment of the proposed device for a manual measurement; -
5 a schematic representation of an exemplary embodiment of the proposed device for inline measurement in the manufacture of components; -
6 a schematic representation of another exemplary embodiment of the proposed device in the form of a measuring box; and -
7 an example of a measurement result of a measurement of the magnetic field component By over a two-dimensional area of the surface of a component.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
Im Folgenden wird eine beispielhafte Realisierung der vorgeschlagenen Vorrichtung beschrieben, bei der die Abtasteinrichtung ein linienförmiges Array aus Magnetfeldsensoren aufweist, mit denen jeweils die Magnetfeldkomponenten
Die Magnetfeldsensoren
Wie bereits beschrieben, hat ein funktionierendes elektrisches Bauteil eine typische Magnetfeldverteilung der unterschiedlichen Raumkomponenten des Magnetfeldes. Jeder Defekt führt nun zu einer Änderung des Stromflusses, welcher wiederum zu einer Änderung des Magnetfeldes führt. Die 5D-Analyse dieses Magnetfeldes kann sowohl zur Qualitätskontrolle als auch zur Lokalisierung und Klassifizierung von Defekten verwendet werden. Auch eine quantitative Aussage über den Zustand bzw. die Qualität des Bauteils lässt sich treffen.As already described, a functioning electrical component has a typical magnetic field distribution of the different spatial components of the magnetic field. Each defect now leads to a change in the current flow, which in turn leads to a change in the magnetic field. The 5D analysis of this magnetic field can be used both for quality control and for the localization and classification of defects. Also, a quantitative statement about the condition or the quality of the component can be made.
Die
Es können auch in sämtliche Seiten, inkl. Ober- und Unterseite, der Messbox
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung kann auch eine zeitabhängige kontinuierliche Kontrolle von sicherheitsrelevanten Komponenten erfolgen. Die Vorrichtung erfasst dabei kontinuierlich den Zustand eines Gerätes und übermittelt die Daten an eine Plattform, die der Nutzer einsehen kann. Eine Routine meldet kritische Zustände dann automatisch. Dies kann beispielsweise über eine entsprechende Vorrichtung mit Sensoren, Minicomputer und Kommunikationselektronik wie Wifi, Bluetooth oder GSM erfolgen.With the proposed method and the associated device can also be a time-dependent continuous control of safety-related components. The device continuously records the state of a device and transmits the data to a platform that the user can view. A routine then automatically reports critical conditions. This can be done for example via a corresponding device with sensors, minicomputers and communication electronics such as Wifi, Bluetooth or GSM.
Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen aufgrund der ortsaufgelösten Erfassung auch eine Ermittlung nicht nur des zweidimensionalen, sondern auch des dreidimensionalen Ortes eines Defektes. Hierzu kann bspw. eine Triangulation auf Basis der von mehreren räumlich getrennten Magnetfeldsensoren gemessenen Magnetfeldern vorgenommen werden, um eine Tiefen- und Ortsbestimmung von Defekten zu ermöglichen.Due to the spatially resolved detection, the method and the device also make it possible to determine not only the two-dimensional, but also the three-dimensional location of a defect. For this purpose, for example, a triangulation based on the magnetic fields measured by a plurality of spatially separated magnetic fields can be made in order to enable a depth and position determination of defects.
Mit dem Verfahren und der Vorrichtung lassen sich neben stromführenden Leiterbahnen, beispielsweise in der Leistungselektronik auch Lötverbinder über die gemessenen Magnetfelder analysieren.With the method and the device can be next to live conductors, for example, in the power electronics and solder connectors analyze the measured magnetic fields.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Magnetfeldsensormagnetic field sensor
- 22
- Trägercarrier
- 33
- Komponenten der MesseinheitComponents of the measuring unit
- 44
- Metallische ZwischenschichtMetallic interlayer
- 55
- Steckelementeplug-in elements
- 66
- Vorrichtungdevice
- 77
- Förderbandconveyor belt
- 88th
- Handgriffhandle
- 99
- Räderbikes
- 1010
- Messboxmeasuring box
- 1111
- Flächiges Array von MagnetfeldsensorenFlat array of magnetic field sensors
Claims (16)
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-
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